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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ANÁLISIS POSTURAL DE RIESGO ERGONÓMICO INHERENTE A LA ACTIVIDAD DEL BAÑO DE NEONATOS DESEMPEÑADA POR ENFERMERAS UTILIZANDO LA METODOLOGÍA REBA A TRAVÉS DE SENSORES DE PROFUNDIDAD KINECT PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO PÉREZ SANCHO MIGUEL ALEJANDRO [email protected] DIRECTOR: Ing. ZAMBRANO IVÁN, M.Sc [email protected] CODIRECTOR: Ing. BAÑO DAYSI, Mgtr [email protected] Quito, marzo 2020

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ESCUELA POLITÉCNICA

NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ANÁLISIS POSTURAL DE RIESGO ERGONÓMICO INHERENTE A

LA ACTIVIDAD DEL BAÑO DE NEONATOS DESEMPEÑADA POR

ENFERMERAS UTILIZANDO LA METODOLOGÍA REBA A TRAVÉS

DE SENSORES DE PROFUNDIDAD KINECT

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

PÉREZ SANCHO MIGUEL ALEJANDRO

[email protected]

DIRECTOR: Ing. ZAMBRANO IVÁN, M.Sc

[email protected]

CODIRECTOR: Ing. BAÑO DAYSI, Mgtr

[email protected]

Quito, marzo 2020

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i

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Miguel Alejandro Pérez Sancho, bajo

mi supervisión.

______________________

Ing. Iván Zambrano

DIRECTOR DEL PROYECTO

______________________

Ing. Daysi Baño

CODIRECTOR DEL PROYECTO

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ii

DECLARACIÓN

Yo, Miguel Alejandro Pérez Sancho, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es

de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual

correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido

por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional

vigente

__________________

Miguel Alejandro Pérez Sancho

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DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi familia y a todo aquello que en el camino se mostró como una

fuente de inspiración para realizarlo.

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iv

AGRADECIMIENTO

Eterna gratitud a mi familia especialmente a mi padre Edisson Pérez y a mi madre Egma

Sancho por ser siempre una fuente de sabiduría, motivación y confianza. A todos esos

grandes amigos los que se han convertido también en mi familia por las experiencias. A

mis profesores por siempre aportar con conocimiento. A todos ustedes gracias por ser mis

maestros y hacer que el aprendizaje se convierta en algo cotidiano. El camino ni siquiera

termina, pero inspiración nunca me ha faltado.

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v

ÍNDICE

CERTIFICACIÓN .................................................................................................................... i

DECLARACIÓN ......................................................................................................................ii

DEDICATORIA ...................................................................................................................... iii

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. iv

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................ viii

ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... ix

RESUMEN ............................................................................................................................ xii

ABSTRACT .......................................................................................................................... xiii

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1

Pregunta de investigación ..................................................................................................... 3

Objetivo general .................................................................................................................... 3

Objetivos específicos............................................................................................................. 3

1. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 4

1.1. VALORACIÓN FUNCIONAL ....................................................................................... 4

1.1.1. VALORACIÓN OBJETIVA DE LA FUNCIÓN ......................................................... 5

1.1.2. VALORACIÓN FUNCIONAL Y LAS TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO

QUE INTERVIENEN EN LA MISMA. .................................................................................... 5

1.1.3. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. .............................................................. 6

1.2. ERGONOMÍA ............................................................................................................... 7

1.2.1. CIENCIAS QUE INTERVIENEN EN UN ESTUDIO ERGONÓMICO .................... 8

1.2.2. AMBITOS DE APLICACIÓN DE LA ERGONOMÍA ................................................ 8

1.2.3. ERGONOMÍA Y PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES ............................... 9

1.3. TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS .......................................................... 10

1.3.1. TIPOS DE TME OCUPACIONALES..................................................................... 10

1.3.2. FACTORES DE RIESGO ...................................................................................... 11

1.4. SENSORES DE PROFUNDIDAD ............................................................................. 12

1.4.1. MÉTODOS DE DETECCIÓN DE PROFUNDIDAD .............................................. 13

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vi

1.4.2. TECNOLOGÍA TIME OF FLIGHT (ToF) ............................................................... 13

1.4.3. TECNOLOGÍA DE LUZ ESTRUCTURADA INFRARROJA ................................. 14

1.5. SENSORES KINECT ................................................................................................. 15

1.5.1. KINECT V1 ............................................................................................................ 15

1.5.2. KINECT V2 ............................................................................................................ 16

1.5.3. COMPARACIÓN ENTRE DISPOSITIVOS KINECT V1 Y KINECT V2................ 16

1.5.4. SELECCIÓN DE SENSOR DE PROFUNDIDAD ................................................. 17

1.6. ANÁLISIS DE MOVIMIENTO MEDIANTE FOTOGRMETRÍA .................................. 19

1.6.1. KINESCAN ............................................................................................................ 20

1.7. MÉTODO DE EVALUACIÓN ERGONÓMICA REBA ............................................... 23

1.7.1. DESARROLLO DEL MÉTODO REBA .................................................................. 23

1.7.2. SEGMENTOS GRUPO A ...................................................................................... 24

1.7.3. SEGMENTOS GRUPO B ...................................................................................... 27

1.7.4. EVALUACIÓN GRUPO A Y B............................................................................... 29

1.7.5. PUNTUACIÓN PARCIAL ...................................................................................... 29

1.7.6. PUNTUACIÓN FINAL ........................................................................................... 31

1.7.7. NIVELES DE ACTUACIÓN ................................................................................... 32

2. METODOLOGÍA ............................................................................................................. 33

2.1. ESTABLECIMIENTO DE PARÁMETROS PARA SELECCIÓN DE POSICIONES DE

RIESGO EN EL SITIO DE TRABAJO ................................................................................. 33

2.1.1. CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS DE FACTORES DE RIESGO

ERGONÓMICO ................................................................................................................... 34

2.1.2. SELECCIÓN DE POSICIONES DE POSICIONES DE RIESGO ........................ 35

2.2. ADQUISICIÓN DE DATOS ........................................................................................ 38

2.2.1. SELECCIÓN DE LA MUESTRA ........................................................................... 41

2.2.2. INSTRUMENTACIÓN DE LOS PARTICIPANTES ............................................... 41

2.2.3. PROTOCOLO DE ADQUISICIÓN DE DATOS .................................................... 42

2.2.4. ADQUISICIÓN DE DATOS CON KINECT ........................................................... 44

2.2.5. ADQUISICIÓN DE DATOS CON KINESCAN ...................................................... 47

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vii

2.3. CÁLCULO DE ÁNGULOS ......................................................................................... 50

2.3.1. ÁNGULOS REQUERIDOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS .............. 50

2.3.2. CÁLCULO DE ÁNGULOS ENTRE BARRAS ....................................................... 51

2.3.3. PROYECCIÓN DE VECTORES SOBRE PLANOS ............................................. 51

2.4. PROCESAMIENTO DE DATOS ................................................................................ 53

2.4.1. PROCESAMIENTO DE DATOS PARA LA VALIDACIÓN ................................... 55

2.4.2. PROCESAMIENTO DE DATOS PARA ANÁLISIS DE RIESGO ERGONÓMICO

55

2.4.3. PARÁMETROS ESTABLECIDOS PARA EL ANÁLISIS DE RIESGO ................. 55

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................................... 57

3.1. RESULTADOS VALIDACIÓN .................................................................................... 57

3.1.1. VALIDACIÓN DEL SENSOR PARA EL ANÁLISIS POSURAL EN SEGMENTOS

CRÍTICOS POR SEPARADO ............................................................................................. 57

3.1.2. ÁNGULO DE FLEXIÓN DEL TRONCO ................................................................ 59

3.1.3. ÁNGULO DE FLEXIÓN DEL CUELLO ................................................................. 60

3.1.4. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE PIERNAS ................................................................. 61

3.1.5. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE CODOS .................................................................... 62

3.1.6. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE BRAZOS .................................................................. 63

3.2. RESULTADOS EVALUACIÓN DE RIESGO ERGONÓMICO .................................. 64

3.2.1. INFLUECIA DE LOS ÁNGULOS CALCULADOS A PARTIR DE INFORMACIÓN

DE LOS SENSORES KINECT ............................................................................................ 65

3.2.2. INFLUENCIA DE LOS PARAMETROS DE INGRESO MANUAL Y AJUSTES ... 66

3.3. DISCUSIÓN ............................................................................................................... 67

4. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ................................................................. 68

4.1. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 68

4.2. TRABAJOS FUTUROS .............................................................................................. 69

REFERENCIAS ................................................................................................................... 70

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1. Traumatismos causados por TME en la columna vertebral, y en zonas del tronco

superior. ............................................................................................................................... 11

Tabla 1.2. Exposiciones relacionadas al trabajo y las fracciones atribuibles estimadas para

trastornos en la espalda y extremidades superiores. ......................................................... 12

Tabla 1.3. Comparación de los métodos de adquisición de imagen 3D. ........................... 13

Tabla 1.4. Características de los sensores Kinect v1 y v2. ................................................ 16

Tabla 1.5. Requerimientos de hardware para conexión Kinect V2 con computador. ........ 19

Tabla 1.6. Características de las cámaras utilizadas por el sistema Kinescan/IBV. ......... 20

Tabla 1.7. Incremento de puntuación del Grupo A por carga o fuerzas ejercidas............. 30

Tabla 1.8. Incremento de puntuación del Grupo A por cargas o fuerzas bruscas............. 30

Tabla 1.9. Incremento de puntuación del Grupo A por cargas o fuerzas bruscas............. 30

Tabla 1.10. Incremento de puntuación del Grupo C por tipo de actividad muscular. ........ 32

Tabla 2.1. Clasificación de la carga biomecánica en los tres indicadores clave (Intensidad,

Frecuencia y Duración) de los riesgos ergonómicos de los WRMSDS (Trastornos Músculo

Esqueléticos Asociados al Trabajo) .................................................................................... 34

Tabla 2.2. Consideraciones para la definición de tareas que intervienen en una actividad.

............................................................................................................................................. 35

Tabla 2.3. Consideraciones para la definición de tareas que intervienen en una actividad.

............................................................................................................................................. 36

Tabla 2.4. Identificación de factores de riesgo en las tareas del baño de neonatos. ........ 37

Tabla 2.5. Localización de marcadores reales en el cuerpo del participante. ................... 41

Tabla 2.6. Descripción de movimientos analizados para la validación. ............................. 43

Tabla 2.7. Principales funciones de Matlab empleadas para el seguimiento esquelético. 45

Tabla 2.8. Características de las imágenes del Kinect V2. ................................................ 46

Tabla 2.9. Marcadores virtuales calculados. ...................................................................... 48

Tabla 2.10. Condiciones establecidas para el cálculo de ángulos por segmento. ............ 51

Tabla 2.11. Funciones de Matlab empleadas en el procesamiento de datos. ................... 54

Tabla 2.12. Parámetros de ingreso manual en la evaluación REBA. ................................ 56

Tabla 3.1. Error sistemático y SEM para la secuencia solo brazo izquierdo. .................... 58

Tabla 3.2. Error sistemático y SEM para la secuencia solo brazo derecho....................... 58

Tabla 3.3. Media, desviación estándar, error sistemático y SEM para la secuencia completa

de movimientos.................................................................................................................... 59

Tabla 3.4. Resultados en la evaluación REBA por participante. ........................................ 65

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ix

Tabla 3.5. Promedio y desviación estándar de los ángulos utilizados en la evaluación

REBA. .................................................................................................................................. 66

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Principales técnicas de análisis de movimiento. ............................................... 7

Figura 1.2. Esquema de operación tecnología de tiempo de vuelo. .................................. 14

Figura 1.3. Esquema de operación tecnología de luz estructurada infrarroja. ................. 14

Figura 1.4. Microsoft Kinect V1 y sus componentes. ......................................................... 15

Figura 1.5. Sensor de profundidad Kinect en sus versiones V1 y V2. ............................... 17

Figura 1.6. Juntas del cuerpo humano detectadas por Kinect V2 y sus identificaciones.

............................................................................................................................................. 18

Figura 1.7. Coordenadas en el espacio del sensor Kinect v2. ........................................... 18

Figura 1.8. Coordenadas en el espacio del sensor Kinect v2. ........................................... 19

Figura 1.9. Cámara Infrarroja del sistema Kinescan/IBV. .................................................. 20

Figura 1.10. Marcadores del sistema Kinescan/IBV. ......................................................... 21

Figura 1.11. Estructura general de un modelo de análisis con Kinescan/IBV. ................. 21

Figura 1.12. Digitalización de una escena adquirida con Kinescan/IBV. ........................... 22

Figura 1.13. Desarrollo del método REBA. ......................................................................... 24

Figura 1.14. Posiciones y puntajes considerados para la evaluación del tronco con REBA.

............................................................................................................................................. 24

Figura 1.15. Ajustes por torsión y flexión lateral considerados para la evaluación del tronco

con REBA. .......................................................................................................................... 25

Figura 1.16. Posiciones para valoración considerados para la evaluación del cuello con

REBA. ................................................................................................................................. 25

Figura 1.17. Ajustes por torsión/flexión lateral considerados para la evaluación del cuello

con REBA. .......................................................................................................................... 25

Figura 1.18. Posiciones para valoración de tipo de apoyo (bilateral o unilateral)

considerados para la evaluación del piernas con REBA. .................................................. 26

Figura 1.19. Ajustes por flexión de rodilla considerados para la evaluación del piernas con

REBA. ................................................................................................................................. 26

Figura 1.20. Posiciones para valoración considerados para la evaluación del brazo con

REBA. ................................................................................................................................. 27

Figura 1.21. Ajustes por elevación, abducción/aducción de hombro considerados para la

evaluación de brazo con REBA ......................................................................................... 27

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x

Figura 1.22. Grado de flexión de antebrazo considerado para la evaluación con REBA. 28

Figura 1.23. Posiciones en flexión/extensión para valoración considerados para la

evaluación de muñeca con REBA....................................................................................... 28

Figura 1.24. Ajustes por desviación radial/cubital o torsión considerados para la evaluación

de muñeca con REBA. ........................................................................................................ 29

Figura 1.25. Tabla de puntuación del grupo A. ................................................................... 29

Figura 1.26. Tabla de puntuación del grupo B. ................................................................... 29

Figura 1.27. Ejemplos de agarres y su calidad. .................................................................. 31

Figura 1.28. Tabla de puntuación del grupo C. .................................................................. 31

Figura 1.29. Niveles de Actuación según la puntuación final REBA. ................................. 32

Figura 2.1. Enfermeras efectuando el baño de un neonato. .............................................. 36

Figura 2.2. (a) Tarea de preparación durante el baño de neonatos, (b) Tarea de lavado de

cabeza del neonato. ............................................................................................................ 37

Figura 2.3. Tarea de lavado de cuerpo del neonato, (b) Tarea de secado del cuerpo del

neonato. ............................................................................................................................... 38

Figura 2.4. Posicionamiento de los sensores Kinect en el laboratorio. ............................. 39

Figura 2.5. Posicionamiento de los sensores respecto al participante y verificación de

detección de marcadores. ................................................................................................... 39

Figura 2.6. Detección de juntas y seguimiento esquelético con sensores Kinect en

diferentes posiciones. .......................................................................................................... 40

Figura 2.7. Problemas en el seguimiento y detección de puntos de muñecas y dedos. ... 40

Figura 2.8. Localización en el cuerpo de los marcadores implementados en el modelo. . 42

Figura 2.9. Posición anatómica. .......................................................................................... 42

Figura 2.10. Imagen de Profundidad de seguimiento esquelético obtenida con Matlab. .. 45

Figura 2.11. Juntas detectadas por el sensor Kinect a través de Kin 2 y sus identificaciones.

............................................................................................................................................. 46

Figura 2.12. Segmentos del modelo introducido ................................................................ 47

Figura2.13. Puntos del segmento piernas en el modelo introducido. ................................ 47

Figura 2.14. Digitalización de la escena en Kinescan. ....................................................... 49

Figura 2.15. Animación de la Escena. ................................................................................ 49

Figura 2.16. Planos Anatómicos. ....................................................................................... 52

Figura 2.17. Proyección de un vector sobre un plano. ...................................................... 53

Figura 3.1. (a) Ángulo flexión tronco sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión tronco sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. ......................................................................................................................... 60

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xi

Figura 3.2. (a) Ángulo flexión cuello sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión del sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. ......................................................................................................................... 60

Figura 3.3. (a) Ángulo flexión pierna derecha sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión pierna derecha sensor frontal [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado. ..................................................................................................... 61

Figura 3.4. (a) Ángulo flexión pierna izquierda sensor lateral [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado, (b) Ángulo flexión pierna izquierda sensor frontal [°] vs. Porcentaje

de movimiento completado. ................................................................................................ 61

Figura 3.5. (a) Ángulo flexión codo izquierdo sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión codo izquierdo sensor frontal [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado. ..................................................................................................... 62

Figura 3.6. (a) Ángulo flexión codo derecho sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión codo derecho sensor frontal [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado. ..................................................................................................... 63

Figura 3.7. (a) Ángulo flexión brazo izquierdo sensor lateral [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado, (b) Ángulo flexión brazo izquierdo sensor frontal [°] vs. Porcentaje

de movimiento completado. ................................................................................................ 63

Figura 3.8. (a) Ángulo flexión brazo derecho sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado, (b) Ángulo flexión brazo derecho sensor frontal [°] vs. Porcentaje de

movimiento completado. ..................................................................................................... 64

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xii

RESUMEN

En la actualidad es posible detectar que ciertas actividades llevadas a cabo en los

diferentes sitios de trabajo propician la aparición de trastornos musculoesqueléticos (TME),

que incluyen lesiones a nivel cervical, lumbar y de extremidades superiores e inferiores.

Este tipo de lesiones son producto de la adopción de posturas inadecuadas y de bajo nivel

de ergonomía. El presente trabajo pretende analizar el riesgo ergonómico asociado a la

actividad de baño de neonatos desempeñada por enfermeras. Para esto, mediante video

se obtuvo un registro digital en el cual son evidenciables las tareas que intervienen en el

baño del neonato. De acuerdo con tres indicadores (intensidad, fuerza y duración) las

posiciones cuya ejecución implica adoptarla de manera repetitiva, realizar esfuerzos

importantes fueron identificadas. Además, se realizó una valoración ergonómica

empleando la función de seguimiento esquelético de sensores de profundidad Kinect en

conjunto con el método de análisis postural REBA con el fin de obtener indicadores de nivel

de riesgo de las posiciones más críticas de la actividad analizada y su influencia en el

desarrollo de lesiones. Se consideró una muestra de 5 personas con ausencia de molestias

de tipo muscular o articular quienes reprodujeron la secuencia de movimientos del lavado

de cuerpo de un bebé, tarea identificada como la más crítica dentro de la actividad de baño

de neonatos. Así también la utilización de fotogrametría permitió la validación de los

resultados obtenidos mediante el análisis de variables estadísticas y el error asociado a las

mediciones obtenidas a partir de información de los sensores Kinect. Variables como la

frecuencia de grabación de los sensores, y su localización con respecto a los participantes,

influyen en la detección de posiciones corporales cuya información permite obtener la

valoración de riesgo ergonómico y establecer el grado de urgencia con el que es requerida

una intervención para mejorar las condiciones en que se desempeña la actividad.

Palabras clave: Trastornos musculoesqueléticos, ergonomía, valoración ergonómica,

sensores de profundidad Kinect, REBA, fotogrametría.

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xiii

ABSTRACT

Currently, it is possible to detect that certain activities carried out at different workplaces are

conducive to the development of musculoskeletal disorders (MSD), which include injuries

to the cervical, lumbar, and upper and lower extremities. This type of injury is the product

of adopting inappropriate postures and a low level of ergonomics. The present work tries to

analyze the ergonomic risk associated with the activity of neonatal bathing performed by

nurses. For this, a digital record through video was made in which the tasks involved in the

newborn's bath are evident. According to three indicators (intensity, force, and duration),

the positions whose execution involves adopting repetitively, making significant efforts were

identified. In addition, an ergonomic assessment was carried out using the skeletal tracking

function of Kinect depth sensors in conjunction with the REBA postural analysis method in

order to obtain risk level indicators of the most critical positions of the analyzed activity and

its influence on injury development. A sample of 5 people with absence of muscular or joint

problems who reproduced the sequence of movements of a baby's body wash, a task

identified as the most critical in the activity of neonatal bathing was considered. Likewise,

the use of photogrammetry allowed the validation of the results obtained through the

analysis of statistical variables and the error associated with the measurements obtained

from the information from the Kinect sensors. Variables such as the recording frequency of

the sensors, their location with respect to the participants, influenced the detection of

corporate positions whose information allows to obtain an ergonomic risk assessment and

establish the degree of urgency with which an intervention is required to improve the

conditions in which the activity is carried out.

Keywords: Musculoskeletal disorders, ergonomics, ergonomic titration, inertial sensors,

REBA, photogrammetry.

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1

ANALISIS POSTURAL DE RIESGO ERGONÓMICO INHERENTE A LA ACTIVIDAD DEL BAÑO DE NEONATOS DESEMPEÑADA POR

ENFERMERAS UTILIZANDO LA METODOLOGÍA REBA A TRAVÉS DE SENSORES DE PROFUNDIDAD KINECT.

INTRODUCCIÓN

La valoración funcional a nivel ergonómico se enfoca en evaluar el cuerpo de manera

sistemática al adoptar determinadas posturas, extensiones forzosas, movimientos

repetitivos, que son efectuados al llevar a cabo una actividad laboral. Entendiendo como

postura a la alineación biomecánica del cuerpo y su relación con el entorno. La alineación

postural correcta implica máxima eficiencia fisiológica y biomecánica con poca sobrecarga

en las estructuras de soporte [1]. Un análisis ergonómico adecuado y efectuado a tiempo

proporciona la información necesaria a los especialistas de la salud, quienes se encargan

de tratar problemas ocasionados por el trabajo que pueden desencadenar lesiones y/o

trastornos del tipo musculoesquelético [2]. Dentro del área ocupacional los mencionados

trastornos causan inconvenientes que van más allá de afecciones a la salud, son

consideradas también pérdidas en el ámbito económico, profesional y productivo [3]. De

acuerdo con los reportes de la Agencia Europea de Seguridad y Salud en el Trabajo [4] los

TME lumbares de origen laboral afectaran entre un 60% y un 90% de personas durante su

vida profesional, siendo los sectores: agrícola, construcción y sanitario los que presentan

índices de prevalencia más elevados. Dentro del personal sanitario, específicamente el de

enfermería se sitúa como la segunda profesión de riesgo luego de la industria pesada [5],

[6].

Actualmente la necesidad de evaluaciones del tipo ergonómico in situ ha hecho que la

aplicación de métodos de alta sensibilidad a diferentes tipos de posturas de trabajo

impredecibles sean una de las herramientas más utilizadas en las industrias. La evaluación

postural cualitativa basada en la inspección visual es el método más común utilizado para

evaluar la postura [1]. Sin embargo, este método es subjetivo, aumenta la posibilidad de

errores entre los evaluadores y dificulta la identificación de cambios posturales sutiles.

También tiene baja confiabilidad entre evaluadores y menos validez en comparación con

los enfoques cuantitativos [1], [7]. A pesar de ello métodos de este tipo como: RULA

(Rappid Upper Limb Assessment) y REBA (Rappid Entire Body Assessment) se presentan

como mecanismos útiles al momento de determinar la capacidad laboral y los riesgos

existentes en el puesto trabajo [8]. El uso de técnicas de captura de movimiento como

fotogrametría y sensores de profundidad permiten extraer información de manera más

accesible para caracterizar la actividad que desempeña una persona en su trabajo

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considerando las posiciones y movimientos que intervienen en la misma. La ventaja de

este tipo de sistema empleado por el sensor Kinect es que pueden interactuar con el

usuario sin entrar en contacto con el mismo por medio de la función de captura de

movimiento sin marcadores ni calibración [9]. Están basados en cámaras de profundidad y

son medios prometedores para medir posturas en 3D en tiempo real donde la ubicación

del objeto se define por coordenadas tridimensionales (x, y, z) en unidades del sistema

internacional (SI) [9], [10]. Evaluar los riesgos potenciales de trastornos

musculoesqueléticos en estaciones de trabajo reales es un desafío ya que presentan

entornos desordenados, lo que dificulta la evaluación precisa de las posturas de los

trabajadores. El uso de sensores de profundidad Kinect puede proporcionar puntajes

REBA de mayor precisión incluso en condiciones subóptimas inducidas por el entorno

laboral [11].

El procesamiento de esta información mediante representaciones digitales son una forma

de predecir el comportamiento del cuerpo ante la presencia de posiciones forzadas, en

intervalos de tiempo prolongados, y el riesgo inherente a las mismas en cuanto a la posible

aparición de lesiones que afecten la salud y capacidad laboral del trabajador [12].

Los métodos propuestos proporcionan información confiable obtenida a través de sensores

de profundidad sin marcadores en entornos saturados y presencia de oclusiones logrando

realizar evaluaciones de riesgo laboral y mejorar la precisión y confiabilidad del método

REBA [10]. A pesar de ello, es necesario llevar a cabo una validación de resultados

mediante un análisis cinemático de las posturas identificadas bajo condiciones de

laboratorio y así poder compararlos mediante el índice de error encontrado.

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3

Pregunta de investigación

¿En qué condiciones la introducción de sensores de profundidad como complemento de

las metodologías cualitativas de evaluación postural permiten obtener mejores resultados

en la valoración de riesgo ergonómico?

Objetivo general

Analizar el riesgo ergonómico inherente a la actividad de baño de neonatos desempeñada

por enfermeras utilizando la metodología REBA, a través de sensores de profundidad

Kinect.

Objetivos específicos

• Obtener un registro digital en video en el que se evidencie las actividades realizadas

por las enfermeras durante el baño de neonatos.

• Identificar las posiciones cuya ejecución implica adoptarla de manera repetitiva, y

realizar esfuerzos importantes en enfermeras que bañan a neonatos.

• Realizar una valoración ergonómica utilizando el método de análisis postural REBA

y obtener indicadores de nivel de riesgo de las posiciones más críticas de esta

actividad y su influencia en el desarrollo de trastornos musculo esqueléticos.

• Validar los resultados obtenidos utilizando el sensor Kinect mediante la aplicación

de una metodología alternativa (Fotogrametría) y determinar el error existente en

los datos obtenidos.

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4

1. MARCO TEÓRICO

Se han desarrollado numerosos métodos para evaluar la carga de trabajo física

(exposiciones biomecánicas) con el fin de identificar los peligros que conducen a trastornos

musculoesqueléticos, para monitorear los efectos de los cambios ergonómicos y el diseño

de espacios de trabajo. Ningún método único es adecuado para todos los propósitos. La

selección y el uso de métodos a menudo se ha basado en la tradición más que en una

evaluación crítica [13]. Es posible clasificarlos de acuerdo con la técnica de medición

empleada así: métodos de autoevaluación, mediciones directas y métodos

observacionales [11].

En cuanto a las mediciones directas, la adquisición precisa de datos y mediciones de

posturas, ángulos de segmentos del cuerpo humano se encuentra limitado al uso de

sofisticados sistemas de elevado costo [14]. Adicionalmente se presentan ciertas

desventajas asociadas como la necesidad de usar marcadores y disponer de un ambiente

adecuadamente adaptado para efectuar este tipo de pruebas. En contraste con este tipo

de pruebas se encuentran las evaluaciones del tipo observacional, enfocadas también a

determinar el riesgo asociado a los movimientos que intervienen en una actividad. Uno de

los inconvenientes es que la información recopilada es obtenida de manera subjetiva por

observación o simple estimación de ángulos proyectados en videos o imágenes. Lo que se

traduce en baja precisión y elevada variabilidad intra e inter – observador [11].

La captura de movimiento sin marcadores se presenta como una alternativa no invasiva

[15].

1.1. VALORACIÓN FUNCIONAL

La valoración o evaluación funcional surge de la necesidad de la rama de la Medicina Física

y Rehabilitación de evaluar sus resultados (la efectividad del tratamiento, el progreso de

los pacientes y la planificación de las necesidades de sus servicios), tanto desde la óptica

de la gestión y control de gasto como desde la óptica clínica [2].

La valoración funcional debe incluir 2 grandes aspectos o dominios: la evaluación de la

limitación funcional, entendida como la dificultad para realizar tareas motoras a nivel

individual, y la discapacidad, entendida como la limitación en el funcionamiento o

desempeño de roles sociales definidos y tareas dentro de un entorno físico y sociocultural

[16].

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5

Sin una definición particular, la valoración funcional es una medida del cambio (cualitativo

y cuantitativo) el cual proporciona información acerca de cómo una persona desarrolla

ciertas actividades en los distintos contextos de su vida [17].

1.1.1. VALORACIÓN OBJETIVA DE LA FUNCIÓN

La valoración objetiva de la función está alineada con los criterios de la valoración clínica

de trastornos, lesiones y enfermedades producidas a nivel laboral. A pesar de ello, un

abordaje global tomando en consideración aspectos emocionales, personales, diseño y

ambientación del espacio de trabajo también poseen relevancia en afecciones de la

función.

Si la valoración funcional se encarga de estudiar y evaluar dichas repercusiones en relación

con el desarrollo de actividades de la vida diaria y laboral, existen otras muchas técnicas

que se encargan de realizar un análisis objetivo y detallado de la estructura corporal afecta.

Estas técnicas se centran en el diagnóstico, es decir, en conocer el origen del cuadro

clínico. Su utilización es generalizada y se encuentra asociada al modelo médico

tradicional, ya que se basa en la patología como pieza clave de caracterización y

clasificación médica. Entre ellas se encuentran pruebas de laboratorio, técnicas de imagen

(Rx, TAC, RMN, mielografía, gammagrafía ósea), estudios electro diagnósticos (EMG) y

termografía. A pesar de su objetividad, presenta una utilidad importante pero limitada en

los procesos de valoración y no siempre presentan una buena correlación entre sus

resultados y el estado funcional del paciente [17].

1.1.2. VALORACIÓN FUNCIONAL Y LAS TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO

QUE INTERVIENEN EN LA MISMA.

La valoración funcional requiere de instrumentos que permitan mensurar aquellos

fenómenos que les ocupa con el objetivo de analizarlos, comprenderlos y plantear las

actuaciones que se precisen en cada caso [17]. En este sentido, los primeros instrumentos

desarrollados para tratar de caracterizar la función y que hoy en día siguen en vigencia,

son las escalas de valoración funcional. Su formato varía desde entrevistas hasta

cuestionarios, auto notificaciones o pruebas observacionales directas [18]. La selección de

una escala de valoración adecuada está relacionada con la información disponible, y el

objetivo perseguido [19]. La información adquirida mediante esta metodología es producto

de la observación, considerando la subjetividad de este proceso la implementación de

herramientas tecnológicas permite aumentar la precisión de los datos y resultados

obtenidos.

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El uso de herramientas que permiten caracterizar la función está relacionado con el análisis

del movimiento humano a través de características biomecánicas de las personas. El

objetivo de estas mediciones es mejorar el rendimiento de movimiento, reducir esfuerzos

que actúan sobre el cuerpo y estudiar la evolución de en procesos de rehabilitación. De

manera general se puede clasificar las técnicas de valoración funcional de acuerdo con el

tipo de abordaje con el que se estudia la función. Este puede ser mediante técnicas

cinemáticas que permiten describir los movimientos a través de variables como posiciones,

velocidades y aceleraciones, mientras que las técnicas cinéticas que estudian las fuerzas

que originan el movimiento, es decir variables dinámicas como fuerza, presión, etc [17],

[20]. Este estudio pretende describir los movimientos más críticos de una tarea en el baño

de neonatos a través de los ángulos calculados al adoptar posturas específicas por lo que

solo utilizará técnicas de análisis del tipo cinemático.

1.1.3. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO.

La cinemática no tiene que ver con las fuerzas, internas o externas, que causan el

movimiento, sino más bien con los detalles del movimiento en sí. El análisis de cinemático

movimientos humanos permite identificar objetivamente patrones de movimiento normales

y alterados, establecer causas y recomendar tratamientos [17], [20]. Existen varias

tecnologías de detección capaces de detectar parámetros conjuntos y movimientos. La

mayoría de los sistemas de monitoreo conjunto existentes son grandes y complejos, con

un sofisticado y estructura frágil. Algunos sistemas también requieren un operador experto

y una configuración de laboratorio para recopilar los datos y extraer información

relacionada con las articulaciones. Afortunadamente, con los avances en la tecnología de

sensores, El proceso de monitoreo se ha vuelto más fácil, más conveniente y menos

costoso de implementar [21]. En la figura 1.1. se resume las técnicas de registro y análisis

de movimiento más utilizadas.

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Figura 1.1. Principales técnicas de análisis de movimiento. (Fuente: [21])

El seguimiento esquelético humano basado en imágenes y video es un método bien

aceptado para el monitoreo de articulaciones debido a su amplia aplicabilidad y

confiabilidad [21]. Uno o más cámaras son los componentes principales de este sistema.

El flujo del proceso de este método es capturar datos visuales de varias acciones humanas

haciendo uso de una o más cámaras, y luego rastrear las articulaciones usando parámetros

antropométricas (tamaño, forma y composición del cuerpo humano) Estas aplicaciones

comprenden diversos campos de investigación como biomecánica, procesamiento de

imágenes, aprendizaje automático y patrones reconocimiento [22], [23].

En este trabajo se evaluará el riesgo ergonómico utilizando imágenes adquiridas por

sensores de profundidad que son parte de la tecnología que utiliza visión artificial, además

de validar las medidas obtenidas mediante una comparación con sistemas de

fotogrametría.

1.2. ERGONOMÍA

En la definición de ergonomía se debe considerar su naturaleza multidisciplinar. La

Ergonomía no es una ciencia, más bien una manera de abordar los problemas que utiliza

conocimientos procedentes de ciencias bastantes diversas [24]. Los enfoques simplistas,

a partir de conocimientos parciales y no integrados, no sirven para abordar los estudios

ergonómicos [24]. Una parte específica dentro del campo de la ergonomía es, según la

asociación internacional de ergonomía (IAE), la compatibilidad entre las características

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anatómicas, antropométricas, fisiológicas y biomecánicas con respecto a los parámetros

estáticos y dinámicos de trabajo físico [25].

1.2.1. CIENCIAS QUE INTERVIENEN EN UN ESTUDIO ERGONÓMICO

Se debe tener en cuenta que el objeto de estudio de la ergonomía son las personas, y que

es imposible modelar el cuerpo humano desde un único punto de vista [24]. Es necesaria

la intervención de otras disciplinas que realizan aportes útiles, dentro de las cuales se

puede destacar como fundamentales a la psicología, fisiología, antropometría y la

biomecánica.

• Psicología: Permite evaluar problemas que comprenden aspectos relacionados

a capacidades cognitivas, estrés mental, patrones de toma de decisiones,

previsión de reacciones ante estímulos.

• Fisiología: Su enfoque está basado en el comportamiento humano considerando

parámetros como: consumo metabólico, respiratorio, cardiovascular y sensorial.

Es de utilidad al evaluar tareas de alto consumo energético, condiciones

ambientales extremas.

• Antropometría: Las mediciones antropométricas básicas del cuerpo humano

incluyen mediciones lineales (por ejemplo, mediciones de amplitud, altura y

longitud), mediciones angulares (por ejemplo, mediciones entre planos y líneas

que cruzan el cuerpo humano, como la flexión/extensión en el plano sagital),

circunferencias (por ejemplo: circunferencias de cabeza, cuello y pecho) y

mediciones de fuerza (por ejemplo, agarre, pellizco y resistencia al par) [26]. La

información obtenida es utilizada para lograr diseñar de manera adecuada

herramientas y espacios de trabajo.

• Biomecánica: Permite estudiar y modelizar el cuerpo humano desde un abordaje

mecánico, considerándolo como un sistema constituido por elementos rígidos

(huesos), articulados entre sí y con posiciones controladas por elementos

viscoelásticos como músculos tendones y ligamentos [24]. Su aporte en este tipo

de estudios tiene relación con el análisis de movimientos, posturas de riesgo y

manejo de cargas.

1.2.2. AMBITOS DE APLICACIÓN DE LA ERGONOMÍA

La aplicabilidad de la ergonomía considera dos campos de acción, el primero relacionado

a los procesos productivos y desempeño de actividades (Ergonomía del trabajo) y el

segundo asociado a los productos fabricados mediante dichos procesos (Ergonomía del

producto).

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• Ergonomía del trabajo

Está enfocada en la persona que desempeña un trabajo, analiza las tareas que intervienen

en la actividad laboral con la finalidad de evitar accidentes y patologías laborales, disminuir

la fatiga física y cognitiva, además de incrementar los niveles de satisfacción del trabajador.

La aplicación de Ergonomía en procesos productivos y los espacios donde estos se llevan

a cabo está relacionada con incrementos a nivel de productividad y reducción de costos

provocados errores, accidentes y bajas laborales. Sin dejar a un lado los beneficios de

carácter social y humano[24].

• Ergonomía del producto

Desde este punto de vista se pretende evaluar las relaciones entre el usuario y el producto

para adaptarlo a sus capacidades, requerimientos y preferencias.

Este tipo de consideraciones son una nueva tendencia de especial relevancia en la

innovación y desarrollo de productos, donde la aplicación de conceptos de ergonomía

influye en la calidad, utilidad, seguridad, eficiencia de los productos diseñados. El valor

agregado se ve reflejado en la satisfacción de los usuarios.

1.2.3. ERGONOMÍA Y PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES

La evolución en el diseño y distribución de los espacios de trabajo, la automatización de

los procesos, están relacionados con el incremento en la aparición de TMEs debido a las

condiciones ergonómicas inadecuadas.

En cuanto a la relación entre las lesiones por carga física y las condiciones de trabajo hay

pocas dudas sobre los factores que determinan estas lesiones así: malas posturas,

repetitividad, manejo de cargas, exposición a vibraciones [27].

Hay una fuerte evidencia que medidas ergonómicas de carácter técnico pueden reducir la

carga de trabajo en la espalda y tronco superior sin pérdida de productividad y evidencia

moderada de que dichas medidas puedan reducir la aparición de TMEs [28]. Existen ciertos

principios cuya implementación es importante como medidas ergonómicas y de prevención

de riesgos laborales:

• Participación e involucramiento de trabajadores y representantes en el planteamiento

de medidas de prevención de riesgos.

• Abordaje multidisciplinario en cuanto a la evaluación, monitoreo y búsqueda de

soluciones para los riesgos laborales. La colaboración de personas con conocimiento

en diferentes áreas es importante así: ergónomos, ingenieros, psicólogos, etc.

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• El acondicionamiento físico puede también reducir la recurrencia de problemas en

espalda, cuello y hombros, a pesar de ello existe evidencia de que el entrenamiento

físico no es efectivo si se usa solamente como una medida para prevenir el dolor de

espalda. Por lo que debe estar enfocado en fortalecer y mejorar la condición física del

trabajador.

• Recursos adecuados deben estar disponibles para mejorar los espacios de trabajo.

1.3. TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS

Datos de la Agencia Europea de Salud e Higiene en el Trabajo [19] revelan que los

Trastornos Musculoesqueléticos (TME) constituyen el problema de salud más común en el

ámbito laboral a nivel europeo. En la Unión Europea de los 27, el 25% de los trabajadores

refieren en algún momento de su vida dolor de espalda y el 23% lo hacen de afecciones

musculares. Los TME relacionados con el trabajo son alteraciones de las estructuras

corporales como: músculos, articulaciones, tendones, ligamentos, nervios, huesos, o un

sistema de circulación sanguínea. Son causados o agravados principalmente por el

desempeño de una actividad y por los efectos del entorno inmediato donde el trabajo se

lleva a cabo. La mayoría de los TME relacionados con actividades laborales son trastornos

acumulativos, que resultan de exposiciones repetidas a cargas de alta o baja intensidad

durante un largo período de tiempo. Los síntomas pueden variar desde molestias y dolor

hasta disminución de la función corporal y la invalidez. Aunque no está claro en qué medida

los TME son causados por el trabajo, su impacto en la vida laboral es enorme. Los TME

pueden interferir con las actividades en el trabajo y pueden reducir la productividad, la

ausencia por enfermedad y la discapacidad ocupacional crónica.

1.3.1. TIPOS DE TME OCUPACIONALES

De acuerdo con la zona corporal afectada se los puede agrupar en dos grupos: La zona

lumbar que abarca lesiones en la espalda, y la zona del cuello y hombros con las lesiones

en miembros superiores.

La modernización y automatización de las industrias no han reemplazado el manejo manual

de cargas ni sus consecuencias. Las lesiones que involucran los segmentos lumbares,

músculos y ligamentos asociados a la columna son dolorosas, reducen la movilidad,

producen un gran número de bajas laborales. De acuerdo con [29] los estudios que

establecen la relación entre lesiones de columna y actividades laborales son del tipo:

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Epidemiológico: Los trabajadores que realizan levantamientos de cargas pesadas

presentan una incidencia ocho veces mayor de lesiones lumbares en contraste con los que

realizan trabajo sedentario.

Biomecánico: Existe una fuerte correlación entre la fuerza de compresión en la vertebras

L5/S1 y la aparición de afecciones lumbares. La tolerancia de fuerzas de compresión en la

columna es diferente en hombres y mujeres, los valores máximos tolerados son de 3930

N.

Tabla 1.1. Traumatismos causados por TME en la columna vertebral, y en zonas del tronco superior.

Zona Corporal Tipo de traumatismo

Traumatismos a nivel de la

columna vertebral

Hernia discal

Lumbalgia

Nervio ciático

Protrusión discal

Distensión muscular

Traumatismos

acumulativos específicos

en mano y muñeca

Tendinitis

Tenosinovitis

Síndrome de túnel carpiano

Síndrome del canal de Guyón

Traumatismos

acumulativos específicos

en brazo y codo

Epicondilitis y epitrocleitis

Síndrome del pronador redondo

Síndrome del túnel radial

Traumatismos

acumulativos específicos

en hombros y cuello

Tendinitis del manguito rotador

Síndrome de la salida torácica

Síndrome cervical por tensión

Fuente: [29], [30]

1.3.2. FACTORES DE RIESGO

De manera general se los factores de riesgo en el desarrollo de TME pueden clasificarse

en individuales y externos. Los individuales corresponden a aspectos antropométricos y

biomecánicos inherentes al cuerpo humano. Los procesos biológicos que conducen desde

los factores de riesgo a los TME no son bien conocidos, pero es obvio que los factores

individuales y externos interactúan, es decir, los trastornos son el resultado de varias

combinaciones de factores individuales y externos [28].

La fracción atribuible de un factor de riesgo describe la reducción proporcional en la

aparición de la enfermedad cuando se elimina el factor de riesgo y sin cambios en los otros

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factores de riesgo. La tabla 1.2. muestra fracciones atribuibles de la factores de riesgo

comunes para TME; cuanto mayor es la fracción atribuible, mayor es la potencial de

prevención al omitir el factor [31].

Tabla 1.2. Exposiciones relacionadas al trabajo y las fracciones atribuibles estimadas para trastornos en la espalda y extremidades superiores.

Factor de riesgo relacionado al

trabajo

Número

de

estudios

Rango de fracción atribuible (%) en

diferentes estudios

Trastornos lumbares

Manejo Manual de materiales 17 11-66

Flexión y torsión frecuentes 8 19-57

Carga física pesada 5 31-58

Postura de trabajo estática 3 14-32

Movimientos repetitivos 1 41

Vibración de cuerpo entero 11 18-80

Demanda laboral elevada 2 21-48

Monotonía 1 23

Bajo apoyo social en el trabajo 3 28-48

Baja satisfacción laboral 6 17-69

Alto estrés percibido 1 17

Trastornos de las extremidades superiores

Manejo manual de materiales 17 11-66

Repetición 3 53-71

Fuerza 1 78

Repetición y fuerza 2 88-93

Repetición y frío 1 89

Vibración 15 44-95

Fuente: [31]

1.4. SENSORES DE PROFUNDIDAD

Uno de los abordajes en el estudio del movimiento humano y sus aplicaciones es el uso de

técnicas basadas ondas ligeras como los sensores de tiempo de vuelo (ToF). Sin embargo,

con el lanzamiento de cámaras de profundidad RGB (RGB-D) como Kinect de Microsoft o

Asus Xtion, cuyo precio asequible, portabilidad, precisión hacen que su uso sea

conveniente en áreas de investigación relacionadas a la seguridad laboral, ergonomía [32].

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13

Los sensores de profundidad son dispositivos capaces de producir una imagen, donde

cada píxel representa la distancia de un objeto que llegó a lo largo de del haz de luz a

través de ese píxel [32]. Su uso permite también detectar y hacer seguimiento de

movimientos del cuerpo humano sin el uso de marcadores.

1.4.1. MÉTODOS DE DETECCIÓN DE PROFUNDIDAD

Los métodos usados para crear imágenes de profundidad se encuentran resumidos en la

tabla 1.3. Específicamente el tipo de sensores a utilizar en este estudio (Kinect V2) emplean

la tecnología de tiempo de vuelo. En el caso de otros dispositivos como: su antecesor

Kinect V1 o Asus’s Xtion trabajan con luz estructurada infrarroja (IR).

Tabla 1.3. Comparación de los métodos de adquisición de imagen 3D.

Tecnología

Utilizada

Tiempo de Vuelo (ToF) Estéreo Visión Luz Estructurada

Infrarroja

Principio de

Funcionamiento

Pulso IR o laser, mide el

tiempo de tránsito de la luz.

Dos sensores 2D que

emulan los ojos

humanos.

Iluminación con

patrones IR, detecta

distorsión.

Complejidad del

Software

Baja Elevada Media

Costo Elevado Bajo Bajo

Precisión Elevada Baja Media

Despeño con

poca luz

Bueno Débil Bueno

Desempeño en

claridad

Medio bueno Medio

Consumo de

Energía

Medio Bajo Medio

Rango de

operación

> 60m Depende de la

separación del sensor

Limitado (10m)

Proyección 1D 2D 2D

Fuente: [32]

1.4.2. TECNOLOGÍA TIME OF FLIGHT (ToF)

Midiendo el tiempo absoluto que tarda la luz que viaja desde un emisor de luz a la superficie

del objetivo y siendo reflejado de nuevo al detector. Conocida la velocidad de la luz en un

entorno específico y el tiempo de vuelo, la distancia se puede calcular simplemente [33].

Este proceso se lleva a cabo iluminando la escena con una fuente calibrada de luz que

puede ser laser o un diodo (LED) [32]. En la figura 1.2. Se observa el esquema básico de

funcionamiento de este método.

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Para la detección de cambios de fase entre iluminación y reflexión, la fuente de luz es

modulada por una fuente de onda continua (CW). La señal es típicamente sinusoidal o

cuadrada. La modulación de onda cuadrada es más común porque se puede realizar

fácilmente usando circuitos digitales [34].

Figura 1.2. Esquema de operación tecnología de tiempo de vuelo. (Fuente: [32])

1.4.3. TECNOLOGÍA DE LUZ ESTRUCTURADA INFRARROJA

Los sistemas de luz estructurada operan proyectando patrones conocidos sobre un sujeto

e inspeccionando el patrón de distorsión. Características conocidas del patrón inicial son

reconocidas en la imagen adquirida para triangular las demás características de

profundidad [32], [35]. En la figura 1.3. se observa la configuración geométrica de una

cámara de profundidad de luz estructurada. El proyector genera la característica F en la

escena con un ángulo 𝜙, la cámara mide el ángulo 𝜃 para triangular la posición de F en el

plano [32], [36].

Figura 1.3. Esquema de operación tecnología de luz estructurada infrarroja. (Fuente: [32])

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15

1.5. SENSORES KINECT

Se trata de dispositivos que permiten manejar una consola de videojuegos y controlar sus

funcionalidades sin utilizar mandos. A través de la interacción con sus sistemas visuales.

Microsoft decidió desarrollarla para la videoconsola Xbox 360. Kinect es capaz de capturar

una cantidad increíble de datos. Siempre fijando su objetivo en las cosas que se mueven

en su entorno. Gracias al procesamiento de estos datos a través de una algoritmo de

inteligencia artificial y a métodos de aprendizaje de máquinas, Kinect puede llegar a

mapear los datos visuales que obtiene a través de sus sensores.[37]

Dos versiones de este dispositivo fueron desarrolladas, la primera apareció en 2010. Con

el lanzamiento del Xbox One en 2014 una segunda versión del Kinect se dio a conocer.

Ambas ofrecen las mismas funcionalidades, a continuación, se describe de manera

detallada sus características, con esta información se decidirá cuál es el más apto para el

estudio.

1.5.1. KINECT V1

Es la primera versión de Microsoft del sensor Kinect que apareció en noviembre de 2010,

es una cámara que posee dos sensores, uno para las imágenes a color (RGB) y otro para

evaluar la profundidad [38]. Este sistema opera mediante un proyector laser de luz

estructurada infrarroja. Presenta características como: bajo costo, tamaño compacto, y

capacidad de adquirir múltiples muestras de manera simultánea, además puede capturar

imágenes de color y profundidad a velocidad de vídeo en niveles de luz bajos y resolver

ambigüedades de silueta en posturas. Su funcionamiento no tiene diferencias en

comparación con cámaras de video, por lo que puede ser fácilmente operado por usuarios

no expertos [33]. Las características de las imágenes detectadas son: resolución de 640 x

480 pixeles en color, y 320 x 240 pixeles en profundidad. La frecuencia de grabación es de

30 cuadros por segundo (fps) [39].

Figura 1.4. Microsoft Kinect V1 y sus componentes. (Fuente: [21])

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1.5.2. KINECT V2

El 15 de julio de 2014 Microsoft lanzó Kinect V2, con significativas mejoras en cuanto a la

precisión de medición de profundidad [40]. En comparación con v1, Kinect v2 utiliza un

método de tiempo de vuelo, que mediante sensores activos mide la distancia de una

superficie calculando el tiempo de ida y vuelta de un pulso de luz [33]. Las imágenes de

color capturadas de Kinect v2 tienen mejor calidad, con una resolución de 1920 x 1080

pixeles, en cuanto a las imágenes de profundidad 512 x 424 pixeles es su resolución. Los

datos son obtenidos a 30 fps [41].

1.5.3. COMPARACIÓN ENTRE DISPOSITIVOS KINECT V1 Y KINECT V2

El Kinect v2 se presenta como el sucesor de la primera versión del Kinect, en la tabla 1.4.

Se encuentran resumidas las características de mayor relevancia de ambos dispositivos,

información que permite establecer cual se adapta de mejor forma al estudio según sus

funcionalidades.

Tabla 1.4. Características de los sensores Kinect v1 y v2.

Característica Kinect V1 Kinect V2

Método de adquisición de datos Luz Estructurada ToF

Resolución color 640 x 480 pixeles 1920 x 1080 pixeles

Resolución profundidad 320 x 240 pixeles 512 x 424 pixeles

Frecuencia de grabación 30 fps 30 fps

Rango de profundidad 1,2 - 3,5 m 0,5 – 4,5m

Campo de visibilidad 57,5° x 43,5° 70° x 60°

Cuerpos detectados 2 6

Articulaciones detectadas 20 25

Tipo de conexión USB 2.0 3.0

Sistemas operativos Windows/Linux Windows/Linux

Software para desarrollador Kinect SDK OpenNI

Libfreenect

KinectSDK 2.0 OpenCV

Lenguaje de Programación C, C++, C# (Windows) C++, Java (Linux)

MATLAB

C, C++, C# (Windows) Java, C++ (Linux)

MATLAB

Costo 50 – 100 USD 150 – 200 USD

Fuente: [30], [32], [39], [41]

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Figura 1.5. Sensor de profundidad Kinect en sus versiones V1 y V2. (Fuente: [37])

1.5.4. SELECCIÓN DE SENSOR DE PROFUNDIDAD

Los criterios de selección del sensor están relacionados con las condiciones del entorno y

del tipo de actividad a analizar. En el caso del baño de neonatos, este procedimiento se

realiza dentro del área de neonatología de un hospital, su ejecución implica que la

enfermera se mueva en su espacio de trabajo es conveniente establecer una distancia

entre 2 a 4 metros entre el sensor y la enfermera para evitar interferencias en el desempeño

de actividades. Conocidos estos lineamientos se ha optado por trabajar con el Kinect V2,

que ofrece un mayor número articulaciones detectadas 25 en total, un mejor rango de

profundidad de 0,5 a 4,5 m, una mejor calidad de imágenes con una resolución de 1920 x

1080 en color, y 512 x 424 en profundidad, además de un método de adquisición de datos

de mayor precisión como es el ToF.

El sensor tiene la capacidad de detectar hasta seis cuerpos. En las imágenes de color y

profundidad sobre los cuerpos que aparecen durante la fase de adquisición de datos de

seguimiento se dibuja un esqueleto que corresponde a la unión de los puntos que

representan 25 juntas o articulaciones del cuerpo humano como se observa en la Figura

1.6. Las articulaciones se muestran como puntos rojos, mientras que la unión de cada uno

de estos segmentos es un trazo también de color rojo. Es posible saber si las manos se

encuentran en posición abierta o cerrada, al detectar la apertura aparecerán círculos

verdes sobre ellas.

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Figura 1.6. Juntas del cuerpo humano detectadas por Kinect V2 y sus identificaciones. (Fuente: [42])

La disposición de la matriz de posiciones es de 3 x 25 almacenando x, y, z de las 25 juntas.

El sistema coordenado utilizado por Kinect hace referencia a la regla de la mano derecha

de la siguiente forma [43]:

• El Origen (x=0, y=0, z=0) está localizado en el centro del sensor infrarrojo en el

Kinect.

• X incrementa hacia el lado izquierdo del sensor.

• Y incrementa hacia arriba del sensor, en este caso debe ser considerada la

inclinación.

• Z incrementa en la dirección en la que el sensor está mirando.

Figura 1.7. Coordenadas en el espacio del sensor Kinect v2. (Fuente: [44])

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19

Es posible utilizar el sensor de profundidad Kinect V2 a través de un ordenador. Además

de la instalación de los paquetes de desarrollador diseñados por Microsoft específicamente

Kinect for Windows Software Developement Kit (SDK) y Kinect Runtime se requiere un

adaptador. En la figura 1.8 se esquematiza la conexión requerida. El desarrollo de

aplicaciones es posible gracias a la compatibilidad de las herramientas del SDK con

lenguajes de programación como C++, C#, entre otros.

Figura 1.8. Coordenadas en el espacio del sensor Kinect v2. (Fuente: [45])

El procesamiento de imágenes y visión artificial tienen requerimientos de hardware

característicos de ordenadores de arquitectura robusta. Estos se encuentran listados en la

tabla 1.5.

Tabla 1.5. Requerimientos de hardware para conexión Kinect V2 con computador.

Parámetro Requerimiento mínimo

Procesador 64-bits (x64)

Memoria RAM 4 GB

Sistema Operativo Windows 8

Conexión USB USB 3.0

GPU Tarjeta Gráfica con soporte DirectX 11

Fuente: [46]

1.6. ANÁLISIS DE MOVIMIENTO MEDIANTE FOTOGRMETRÍA

Sistemas de captura de movimiento basados en principios de fotogrametría han ganado

amplia aplicabilidad en los últimos años para aplicaciones que van desde el análisis clínico

de la marcha a la creación de personajes de video juegos. El cálculo rápido y robusto de la

trayectorias es de es de vital importancia para proporcionar un rendimiento óptimo en la

recuperación de los parámetros de análisis de movimiento a través de sistemas

videométricos en tiempo real de múltiples cámaras [47]. La fotogrametría computarizada

es considerada como una herramienta efectiva y confiable en la evaluación, análisis y

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20

cuantificación de cambios posturales. En la actualidad existen varios sistemas de análisis

de movimiento mediante esta técnica [48]. Para este estudio se utiliza el sistema

desarrollado por el Instituto de Biomecánica de Valencia “Kinescan”.

1.6.1. KINESCAN

Kinescan/IBV es un sistema de análisis de movimientos en tiempo real basado en la

tecnología de fotogrametría vídeo 3D. Kinescan/IBV está diseñado para registrar los

movimientos humanos y realizar el análisis cinemático de los mismos a partir de la

información del movimiento de los marcadores utilizados [49]. El sistema utiliza cámaras

infrarrojas IR que son sensibles únicamente a la longitud de onda correspondiente y por

este motivo, en esta configuración, solo son sensibles a la imagen de los marcadores

reflectantes. La detección de estos es posible bajo condiciones de luz controladas. La

frecuencia de adquisición se puede configurar desde un mínimo de 30 fps hasta un máximo

de 250 fps [49]. En la tabla 1.6. se resumen las características de las cámaras.

Tabla 1.6. Características de las cámaras utilizadas por el sistema Kinescan/IBV.

Parámetro Especificación

Resolución 832(H) x 832(V) pixeles

Velocidad de Obturación Regulable de 10 a 1000 µs

Distancia Focal 5 mm o 8mm

Fuente: [49]

Figura 1.9. Cámara Infrarroja del sistema Kinescan/IBV. (Fuente: Propia)

Para llevar a cabo un análisis fotogramétrico es necesario instrumentar al individuo

colocando marcadores en puntos anatómicos de interés para luego grabar las secuencias

de movimiento usando cámaras de fotogrametría [48]. Los marcadores son objetos

esféricos reflectantes que al ser detectados por las cámaras se puede medir su posición

en el tiempo. El registro y análisis de movimiento con Kinescan requiere definir un modelo

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21

que permita representar el sistema que se evalúa, y extraer la información de los

marcadores utilizados.

Figura 1.10. Marcadores del sistema Kinescan/IBV. (Fuente: Propia)

El cuerpo humano puede ser modelado como un sistema de segmentos, sólidos rígidos o

no y articulados entre sí o no. Además, cualquier otro elemento cuya posición o movimiento

se desee analizar utilizando Kinescan/IBV, también ha de ser modelado de la misma forma

[50]. Pueden ser definidos segmentos representan segmentos corporales, sistemas de

referencia articulares, elementos móviles, elementos fijos en el espacio de análisis y

sistemas de referencia fijos en el espacio. Cada segmento está constituido por puntos, y

todos los puntos de un modelo han de estar incluidos en, al menos, un segmento. El

número máximo de puntos de un modelo es de 255 [50].

Figura 1.11. Estructura general de un modelo de análisis con Kinescan/IBV. (Fuente: [50])

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22

La calidad de la grabación de las imágenes a analizar influye tanto en la efectividad de la

aplicación Kinescan/IBV durante el análisis automático de estudios, como en la precisión

de los resultados obtenidos. Para que el análisis de movimiento en 3D se realice con la

máxima precisión es necesario observar un ángulo entre las cámaras que esté

comprendido entre los 60º y los 120º y cada marcador debe ser visto por al menos 3

cámaras [49]. El equipo de fotogrametría ubicado en el Laboratorio de Bioingeniería de la

EPN dispone de seis cámaras.

El análisis de las escenas consiste en el reconocimiento de las coordenadas de los puntos

de control (marcadores) para cada una de las cámaras. De esta manera se obtiene un

conjunto discreto de coordenadas posicionales de estos puntos distribuidas uniformemente

en el tiempo [49]. Basado en tecnología vídeo digital que permite la digitalización de la

imagen realizada en cada uno de los elementos de captura de la escena, Kinescan/IBV

calcula las posiciones de los segmentos corporales de forma totalmente automática y en

tiempo real, permitiendo al usuario disponer de los datos relativos a las posiciones de

puntos, segmentos corporales y articulaciones, así como las variables cinemáticas y

cinéticas derivadas inmediatamente después de la realización del gesto [51].

Figura 1.12. Digitalización de una escena adquirida con Kinescan/IBV. (Fuente: [51])

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El sistema posibilita el cálculo de variables como:

• Variables lineales (posición, velocidad, aceleración)

• Variables angulares (ángulo, velocidad angular, aceleración angular)

• Distancias entre marcadores

• Movimientos de traslación y rotación de segmentos

• Centros de gravedad de segmentos corporales

• Energías (potencial, cinética de rotación, traslación y total)

1.7. MÉTODO DE EVALUACIÓN ERGONÓMICA REBA

La metodología de evaluación REBA (Rappid Entire Body Assessment) desarrollada por

Hignett y Mc Atamney es una herramienta de campo diseñada para ser sensible al tipo de

posturas de trabajo impredecibles que aparecen en la atención médica u otras industrias

de servicios [52].

La evaluación sistemática del riesgo postural del cuerpo entero mediante REBA implica: la

división del cuerpo en segmentos a los que suministra un sistema de puntuación en función

de una serie de postura estáticas, dinámicas, repetitivas, inestables, etc. En función de la

puntuación obtenida, indica un nivel de riesgo y su correspondiente nivel de acción para

cada postura analizada [6]. REBA a diferencia de RULA (Rappid Upper Limb Assessment)

se centra en el trabajo intensivo de todo el cuerpo. Sin embargo, de forma similar a RULA,

se analiza una postura específica que se produce durante la tarea de trabajo para

proporcionar una puntuación general. Las mismas seis regiones del cuerpo son

consideradas, pero adicionalmente se tiene en cuenta los acoplamientos y las

empuñaduras. Los puntos se agregan para las condiciones que empeoran la naturaleza de

la postura, y los puntos también se pueden restar si algo contribuye a disminuir el impacto

de carga de la postura (tales como posturas asistidas por gravedad) [53].

1.7.1. DESARROLLO DEL MÉTODO REBA

Adicional a la caracterización del cuerpo por regiones de REBA, los cuales pertenecen a

dos grupos: A y B. El grupo A contiene a los segmentos cabeza, tronco y piernas, mientras

que brazos, antebrazos y muñecas están comprendidos en el grupo B.

El grupo A tiene un total de 60 combinaciones de posturas para el tronco, el cuello y las

piernas. Esto reduce a nueve puntuaciones posibles a las que se agrega una puntuación

de Carga/Fuerza. El Grupo B tiene un total de 36 combinaciones de posturas para los

brazos, antebrazos y muñecas, reduciendo a nueve puntuaciones posibles a las que se

añade una puntuación de acoplamiento. Las puntuaciones A y B se combinan para dar un

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24

total de 144 combinaciones posibles, y finalmente se agrega una puntuación de actividad

para dar la puntuación REBA final [52]. En la figura 1.13. se resume el desarrollo del método

REBA.

Figura 1.13. Desarrollo del método REBA. (Fuente: [54])

Los lados izquierdo y derecho del cuerpo no pueden ser evaluados de manera simultánea.

De acuerdo con la complejidad de las posturas, los tiempos de permanencia y las cargas

de fuerza se debe determinar que tareas evaluar y si se incluirá un solo lado del cuerpo o

ambos.

1.7.2. SEGMENTOS GRUPO A

• Evaluación Tronco

La puntuación de este segmento toma valores de 1 a 5. En el caso de haber correcciones

se añadirá el valor de 1. Se evalúa el ángulo de flexión o extensión del tronco con respecto

a la vertical como se observa en la figura 1.14. en conjunto con los ajustes de torsión o

flexión lateral del tronco o la espalda mostrados en la figura 1.15.

Figura 1.14. Posiciones y puntajes considerados para la evaluación del tronco con REBA. (Fuente: [54])

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25

Figura 1.15. Ajustes por torsión y flexión lateral considerados para la evaluación del tronco con REBA.

(Fuente: [54])

• Evaluación Cuello

La puntuación de esta sección tendrá valores de 1 a 3, se evalúa la flexión o extensión del

cuello. En el caso de detectar rotación o flexión lateral se deberá sumar 1 como valor de

ajuste al puntaje.

Figura 1.16. Posiciones para valoración considerados para la evaluación del cuello con REBA. (Fuente: [54])

Figura 1.17. Ajustes por torsión/flexión lateral considerados para la evaluación del cuello con REBA.

(Fuente: [54])

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• Evaluación Piernas

El rango de puntuación de esta región del cuerpo está entre 1 y 4. Se toma en cuenta el

tipo de apoyo existente en las piernas (bilateral o unilateral), los valores de corrección

corresponden a la flexión de rodilla en rangos de 30 a 60° se deberá sumar 1 al valor parcial

de puntuación. Para flexión mayor a 60° se sumará 2 al puntaje obtenido.

Figura 1.18. Posiciones para valoración de tipo de apoyo (bilateral o unilateral) considerados para la evaluación de piernas con REBA.

(Fuente: [54])

Figura 1.19. Ajustes por flexión de rodilla considerados para la evaluación de piernas con REBA. (Fuente: [54])

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1.7.3. SEGMENTOS GRUPO B

• Evaluación Brazos

La puntuación de la posición del brazo estará entre 1 a 6. La puntuación se basa en el

grado de flexión o extensión del hombro, junto con cualquier ajuste para el hombro cuando

se eleva y / o abduce [55]. Por otra parte, se considera una circunstancia que disminuye el

riesgo, disminuyendo en tal caso la puntuación inicial del brazo, la existencia de puntos de

apoyo para el brazo o que éste adopte una posición a favor de la gravedad [54].

Figura 1.20. Posiciones para valoración considerados para la evaluación del brazo con REBA (Fuente: [54])

Figura 1.21. Ajustes por elevación, abducción/aducción de hombro considerados para la evaluación de brazo con REBA

(Fuente: [54])

• Evaluación Antebrazos

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Se evalúa el ángulo de flexión del brazo con puntuaciones que van de 1 a 2, en esta sección

no se considera correcciones.

Figura 1.22. Grado de flexión de antebrazo considerado para la evaluación con REBA. (Fuente: [54])

• Evaluación Muñecas

Al evaluar la posición de la muñeca se considera la flexión o extensión como movimientos

principales, con puntajes entre 1 a 3. En cuanto a correcciones, la desviación radial o cubital

o torsión representan incrementos en 1 al puntaje obtenido.

Figura 1.23. Posiciones en flexión/extensión para valoración considerados para la evaluación de muñeca con REBA.

(Fuente: [54])

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29

Figura 1.24. Ajustes por desviación radial/cubital o torsión considerados para la evaluación de muñeca con REBA.

(Fuente: [54])

1.7.4. EVALUACIÓN GRUPO A Y B

Las puntuaciones obtenidas pertenecientes cada segmento en su respectivo grupo deben

ser localizadas en la figura 1.25. para el grupo A, y en la figura 1.26. para el grupo B para

obtener los valores de puntuación global.

Figura 1.25. Tabla de puntuación del grupo A. (Fuente: [54])

Figura 1.26. Tabla de puntuación del grupo B. (Fuente: [54])

1.7.5. PUNTUACIÓN PARCIAL

Las puntuaciones globales de los Grupos A y B consideran la postura del trabajador. A

continuación, se valorarán las fuerzas ejercidas durante su adopción para modificar la

puntuación del Grupo A, y el tipo de agarre de objetos para modificar la puntuación del

Grupo B [54].

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30

Para la valoración de fuerzas ejercidas se debe conocer el peso de las cargas que soporta

el evaluado y si estas son aplicadas de manera brusca. En las tablas 1.7. Y 1.8. Se

muestran los incrementos que deben ser utilizados y en qué condiciones para obtener la

Puntuación A.

Tabla 1.7. Incremento de puntuación del Grupo A por carga o fuerzas ejercidas.

Carga o Fuerza Puntuación

Carga o fuerza menor de 5 Kg. 0

Carga o Fuerza entre 5 y 10 Kg. +1

Carga o fuerza mayor de 10 Kg. +2

Fuente: [54]

Tabla 1.8. Incremento de puntuación del Grupo A por cargas o fuerzas bruscas.

Carga o Fuerza Puntuación

Existen fuerzas o cargas aplicadas bruscamente +1

Fuente: [54]

En cuanto a la puntuación B se considera la calidad del agarre de objetos. En la tabla 1.9.

Se muestra los incrementos en la puntuación de acuerdo con el tipo de agarre y su calidad,

la figura 1.27. ejemplifica y describe cada uno de ellos.

Tabla 1.9. Incremento de puntuación del Grupo A por cargas o fuerzas bruscas.

Calidad de

agarre

Descripción Puntuación

Bueno El agarre es bueno y la fuerza de agarre de rango medio 0

Regular El agarre es aceptable pero no ideal o el agarre es aceptable

utilizando otras partes del cuerpo

+1

Malo El agarre es posible pero no aceptable +2

Inaceptable El agarre es torpe e inseguro, no es posible el agarre manual

o el agarre es inaceptable utilizando otras partes del cuerpo

+3

Fuente: [54]

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31

Figura 1.27. Ejemplos de agarres y su calidad. (Fuente: [54])

1.7.6. PUNTUACIÓN FINAL

Los valores de A y B obtenidos anteriormente deben ser utilizados en la tabla de la figura

1.28. para obtener la puntuación C.

Figura 1.28. Tabla de puntuación del grupo C. (Fuente: [54])

La puntuación C final considera adicionalmente incrementos de acuerdo con el tipo de

actividad muscular mostrados en la tabla 1.10. Los tres tipos de actividad considerados por

el método no son excluyentes y por tanto la Puntuación Final podría ser superior a la

Puntuación C hasta en 3 unidades [54].

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Tabla 1.10. Incremento de puntuación del Grupo C por tipo de actividad muscular.

Tipo de actividad muscular Puntuación

Una o más partes del cuerpo permanecen estáticas, por ejemplo, soportadas

durante más de 1 minuto

+1

Se producen movimientos repetitivos, por ejemplo, repetidos más de 4 veces

por minuto (excluyendo caminar)

+1

Se producen cambios de postura importantes o se adoptan posturas

inestables

+1

Fuente: [54]

1.7.7. NIVELES DE ACTUACIÓN

En función de la puntuación obtenida, un nivel de riesgo y su correspondiente nivel de

actuación para cada postura analizada son obtenidos. En la figura 1.29. Se observan los

posibles niveles de actuación, donde a mayor puntuación REBA mayor será el riesgo del

trabajador.

Figura 1.29. Niveles de Actuación según la puntuación final REBA. (Fuente: [54])

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33

2. METODOLOGÍA

Las metodologías desarrolladas para llevar a cabo estudios de ergonomía y valoración

funcional del tipo observacional están fundamentadas en el análisis de la postura, en el

análisis biomecánico, o en la combinación de factores medioambientales. Los métodos de

evaluación de ergonómica basados en la postura utilizan escalas de puntuación para

identificar riesgo en áreas de interés. Típicamente, cuanto más se desvía el cuerpo de la

posición neutral, peor es la postura de trabajo, lo que resulta en una puntuación más alta.

A pesar de la rapidez y facilidad con la que se aplican están basados únicamente en

observaciones, haciéndolos vulnerables a la interpretación [53]. Métodos como: REBA,

RULA, OWAS pertenecen a esta clasificación.

Para la evaluación de riesgo ergonómico en enfermeras durante el baño de un neonato, en

este estudio se utiliza la metodología de análisis postural REBA en combinación con

sensores de profundidad Kinect como instrumentos de medición. La localización en el

espacio de puntos correspondientes a las articulaciones y juntas del cuerpo humano

permite el cálculo de los parámetros requeridos por REBA reduciendo así su subjetividad.

Se comprobó validez de la información proporcionada por los sensores de profundidad

mediante un proceso comparativo usando fotogrametría como técnica de análisis de

movimiento considerando también la influencia del posicionamiento de los sensores

durante la toma de datos.

2.1. ESTABLECIMIENTO DE PARÁMETROS PARA SELECCIÓN

DE POSICIONES DE RIESGO EN EL SITIO DE TRABAJO

De acuerdo con Wilhelmus & Johanssons [56], al momento de identificar exposiciones

ergonómicas en el puesto de trabajo y su nivel de riesgo, tres indicadores son

determinantes (intensidad, frecuencia y duración). Los indicadores mencionados tienen

relación directa con la postura y producción de fuerza, movimientos repetitivos, trabajo

estático respectivamente.

En la tabla 2.1. se muestran los riesgos asociados a cada uno de los indicadores clave

empleados para analizar los TMEAT (Trastornos Músculo Esqueléticos Asociados al

Trabajo) en conjunto con las mediciones requeridas para llevar a cabo dicho análisis.

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Tabla 2.1. Clasificación de la carga biomecánica en los tres indicadores clave (Intensidad, Frecuencia y Duración) de los riesgos ergonómicos de los WRMSDS (Trastornos Músculo Esqueléticos Asociados al Trabajo)

Indicadores clave

Condiciones de riesgo

Mediciones requeridas Trastornos musculoesqueléticos

asociados

I: Intensidad Manejo manual de carga

Fuerza aplicada en [Kg] o [N]

Lesiones en vertebras y discos, lesiones en tendones y músculos

Posturas forzosas Ángulos de segmentos críticos

F: Frecuencia

Tareas repetitivas Tiempo del ciclo Daños en tendones y músculos.

Manejo manual de carga

D: Duración Trabajo estático Tiempo de permanencia en una posición

Daños en tendones y músculos.

Posturas Forzosas Número de pausas requeridas y ángulos de

segmentos críticos

Fuente: [56]

2.1.1. CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS DE FACTORES DE RIESGO

ERGONÓMICO

El propósito de identificar factores de riesgo previo a la aplicación de la metodología de

evaluación propuesta es establecer un marco de referencia que permita analizar la tarea

más crítica encontrada en la actividad de baño de neonatos.

Dentro de la valoración del riesgo ergonómico de acuerdo con el estudio realizado por

Wilhelmus & Johanssons [56], es recomendable considerar cuatro pasos que incluyen:

1. Definir todas las tareas involucradas en una actividad.

2. Establecer un orden de las tareas de acuerdo con su duración, o al nivel de

gravedad de los posibles problemas ergonómicos hallados.

3. Considerando los criterios de intensidad frecuencia y duración evaluar cada una

de las tareas que forman parte de la actividad a analizar.

4. Seleccionar la secuencia más crítica.

Existen varios métodos para identificar las tareas que forman parte de una actividad, pero

el AJT (Análisis Jerárquico de Tareas) es un método recomendable para este

procedimiento de asignación [57]. Los criterios utilizados para definir las tareas se

encuentran resumidos en la tabla 2.2.

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35

Tabla 2.2. Consideraciones para la definición de tareas que intervienen en una actividad.

Elemento Preguntas

Actividad ¿Está claramente definida? ¿Está diferenciada? ¿Define el objetivo del comportamiento?

Estándares de Desempeño ¿Está la cantidad o calidad del desempeño especificada? (ej., velocidad, precisión, errores, etc.)

Condiciones ¿Están las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la actividad descritas? (ej., entorno, herramientas, materiales, etc.)

Fuente: [57]

El uso de recursos digitales como videos y fotografías permiten caracterizar de mejor forma

los parámetros establecidos para seleccionar la secuencia más crítica dentro de una

actividad. Los registros de video de la actividad del baño de neonatos serán tomados desde

un plano lateral a la enfermera durante el baño de un neonato procurando enfocar el cuerpo

en su totalidad. De esta forma es posible extraer mediante fotogramas e identificar las

posiciones poco confortables, su frecuencia y duración.

2.1.2. SELECCIÓN DE POSICIONES DE RIESGO

Se ha tomado como referencia dos videos donde efectúa el baño de un neonato. Esta

información ha sido documentada en el área de neonatología del hospital del IESS en la

ciudad de Ibarra. Al analizar los videos, en un primer plano se pudo identificar las

diferencias existentes en el diseño de las estaciones de trabajo. Este aspecto posee

importante relevancia al momento de seleccionar la secuencia más crítica en las tareas de

una actividad, dado que la altura de la tina de baño, la forma y disposición de la llave de

agua tienen influencia en los rangos de movimiento que debe efectuar la enfermera al

momento de bañar al bebé. En la figura 2.1 a) se puede observar que la llave de agua

instalada es de menor altura y diferente forma que en b). Tomando en cuenta estas

consideraciones se decidió extraer información de la enfermera correspondiente a la figura

2.1 a) donde se evidenció una flexión de tronco mayor durante todo el movimiento.

Haciendo uso de los criterios de la metodología AJT se encontró cuatro tareas claramente

definidas, diferenciadas y desempeñadas en periodos de tiempo específicos. En la Tabla

2.3. se describe en detalle cada una de las tareas.

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36

Figura 2.1. Enfermeras efectuando el baño de un neonato. (Fuente: Propia)

Tabla 2.3. Consideraciones para la definición de tareas que intervienen en una actividad.

Tarea Descripción

Preparación De pie, con una ligera flexión de tronco, con la mano derecha la

enfermera abre la llave de agua y coloca shampoo al bebé el cual es

sostenido en su brazo izquierdo.

Lavado de Cabeza Se realiza una flexión de tronco, seguido de una extensión del brazo

que carga al bebé para acercarlo a la llave de agua, finalmente se

realiza una flexión del codo derecho y con la muñeca se procede a

enjuagar la cabeza del neonato.

Lavado de Cuerpo Luego de cambiar la posición del bebé, se realiza una flexión de tronco

seguido de una extensión de brazo para acercarlo al agua. Finalmente,

mediante una flexión de brazo derecho, una abducción de codo y el

movimiento de la muñeca se lava el cuerpo del bebé

Secado La enfermera adopta una posición erguida, llevando al bebé hacia su

pecho. Con el brazo derecho acerca una toalla para cubrirlo, secarlo y

finalmente se traslada para depositarlo en una de las cunas.

Fuente: Propia.

Adicionalmente se decidió utilizar el formulario de “Valoración e Identificación de Factores

de Riesgo Ergonómicos” del IBV (Instituto de Biomecánica de Valencia) [58] como

herramienta para disgregar y organizar la información de riesgo correspondiente a cada

tarea como se muestra en la tabla 2.4.

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37

Tabla 2.4. Identificación de factores de riesgo en las tareas del baño de neonatos.

Tarea

Frecuencia / Tiempo de ciclo

Fuerza Posturas Forzadas

Postura estática >30seg

Otros riesgos

Causas / Comentarios

Le

va

nta

mie

nto

s

Em

puje

/arr

astr

e

s

Otr

o

s

Fle

xió

n

Giro

s

Alc

an

ce

s

Otr

o

s

1 Preparación del neonato para el baño

25s X X X NO Ver figura 2.2. (a)

2 Lavado de la cabeza del neonato

59s X X SI Postura estática prolongada/Espacio de trabajo inadecuado

Ver figura 2.2. (b)

3 Lavado del cuerpo del neonato

45s X X SI Flexión de tronco + Manejo de carga + Postura estática

Ver figura 2.3. (a)

4 Secado 35s X X X NO Ver figura 2.3. (b)

Fuente: Propia.

Figura 2.2. (a) Tarea de preparación del baño de neonatos, (b) Tarea de lavado de cabeza del neonato.

(Fuente: Propia)

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38

Figura 2.3. Tarea de lavado de cuerpo del neonato, (b) Tarea de secado del cuerpo del neonato. (Fuente: Propia)

2.2. ADQUISICIÓN DE DATOS

El proceso de adquisición de datos fue diseñado para la validación del sensor y para el

análisis de riesgo ergonómico. Se llevo a cabo en el laboratorio de biomecánica de la

Escuela Politécnica Nacional utilizando de manera simultánea los sensores de profundidad

Kinect y el sistema de fotogrametría Kinescan. En la primera instancia la información

recopilada permitió evaluar el desempeño del sensor como instrumento de medida al

momento de determinar posiciones de las articulaciones a través de los ángulos de los

segmentos calculados durante la ejecución de la actividad de interés. Además, se

consideró dos arreglos de posicionamiento de los Kinect, el primero a 30° a la derecha y

30° a la izquierda del sujeto observado, el segundo colocando los sensores a 30° a la

derecha y de manera frontal a 90°.

En el segundo caso los datos adquiridos son los que se procesan para la obtener el riesgo

ergonómico y consideran el mejor posicionamiento de los sensores obtenido también en la

validación.

La localización de las cámaras y del participante fue estudiada de manera previa para

reducir la aparición de fenómenos de oclusión con Kinect, y evitar pérdida de marcadores

con Kinescan. Esto principalmente en caderas, codos y muñecas durante la reproducción

de la actividad específicamente en la flexo-extensión de tronco y abducción de codos. El

montaje de los Kinect se realizó sobre trípodes a una altura de 1 metro, a una distancia de

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39

2 metros respecto al participante quién deberá reproducir las actividades a analizar de

acuerdo con los protocolos establecidos.

Figura 2.4. Posicionamiento de los sensores Kinect en el laboratorio. (Fuente: Propia)

Como primer paso se evaluó la posición del sujeto dentro del espacio establecido como

sistema de referencia del laboratorio de tal forma que se puedan detectar todos los

marcadores. A continuación, utilizando un goniómetro y utilizando como eje de referencia

la posición anteriormente seleccionada se fijó la ubicación de los sensores a 30, 60 y 90°.

Siendo las mejores 30° y 90°.

Figura 2.5. Posicionamiento de los sensores y verificación de detección de marcadores. (Fuente: Propia)

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40

Figura 2.6. Detección de juntas con sensores Kinect en diferentes posiciones. (Fuente: Propia)

Un modelo es una representación teórica del objeto-sistema en estudio que permite

simular, reproducir y analizar su comportamiento real de forma aproximada. La mayor o

menor precisión dependerá de las hipótesis simplificativas utilizadas [49]. El modelo

anatómico establecido para este estudio en la validación y evaluación de riesgo es análogo

al presentado por Kinect. Inicialmente se planteó utilizar los 25 puntos articulares

disponibles, pero debido a la prevalencia de inconvenientes como: la oclusión,

superposición y pérdida de puntos durante el proceso de digitalización en los dedos medio

y pulgar se decidió simplificar el modelo y removerlos, reduciéndolos a 21. El ángulo de

flexión extensión de muñeca tampoco será considerado. Finalmente, durante el

procesamiento de datos este parámetro será considerado de ingreso manual.

Figura 2.7. Problemas en el seguimiento y detección de puntos de muñecas y dedos. (Fuente: Propia)

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41

Con el fin de simular el movimiento de manera más real se utilizó un muñeco con

características similares en dimensiones y peso a las de un bebé específicamente 2.4 kg

cuya presencia no es detectada por los sensores de profundidad ni las cámaras de

fotogrametría.

2.2.1. SELECCIÓN DE LA MUESTRA

Se seleccionaron 5 participantes jóvenes (4 mujeres y 1 Hombre) de edad comprendida

entre 20 y 45 años que no presenten lesiones o dolores a nivel muscular u óseo.

2.2.2. INSTRUMENTACIÓN DE LOS PARTICIPANTES

Para la extracción de información de posición de los puntos establecidos se utilizó 26

marcadores reales ubicados en las referencias anatómicas recomendadas por la Sociedad

Internacional de Biomecánica en [59], [60]. En la tabla 2.5. y la figura 2.8. se especifica la

localización de los marcadores reales en el cuerpo del participante.

Tabla 2.5. Localización de marcadores reales en el cuerpo del participante.

Segmento Junta Localización anatómica de los marcadores

Tren superior Cuello 3 Primera vértebra cervical (Atlas C1)

Espina dorsal 21_C7 Séptima vértebra cervical (C7)

21_IJ Incisura yugular

Cabeza 4A, 4B Trago derecho e izquierdo

Hombros 9, 5 Acromio derecho e izquierdo

Codos 10, 6 Epicóndilo lateral derecho e izquierdo

Muñecas 11, 7 Estiloide cubital derecho e izquierdo

Manos 12, 8 Nudillo dedo medio derecho e izquierdo

Columna media 2_T8 Octava vértebra torácica (T8)

Tren Inferior Cadera 17,13 Trocánter derecho e izquierdo

Rodilla 18A, 18B Cóndilo lateral derecho

Tuberosidad tibial derecha

14A, 14B Cóndilo lateral izquierdo

Tuberosidad tibial izquierda

Tobillo 19A, 19B Maléolo lateral derecho

Maléolo medial derecho

15A, 15B Maléolo lateral izquierdo

Maléolo medial izquierdo

Pie 20, 16 Empeine derecho e izquierdo

Fuente: Propia

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42

Figura 2.8. Localización en el cuerpo de los marcadores implementados en el modelo. (Fuente: Propia)

2.2.3. PROTOCOLO DE ADQUISICIÓN DE DATOS

La frecuencia de grabación de Kinescan se redujo a 30Hz para realizar el muestreo en

condiciones iguales a las disponibles con los sensores Kinect. Con el propósito de evitar

problemas de digitalización por pérdida de marcadores se estableció una posición

anatómica característica para el inicio de la actividad. Dicha postura se mantiene durante

5 segundos al iniciar la grabación y se la adopta nuevamente 5 segundos antes de

terminarla.

Figura 2.9. Posición anatómica. (Fuente: Propia)

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43

Los datos para la validación se obtuvieron al reproducir la tarea de lavado de cuerpo de un

neonato, su ejecución se realizó de tres formas diferentes que incluyen simular el

movimiento solo del brazo izquierdo, solo del brazo derecho, y el movimiento completo

usando un bebé. Un participante voluntario fue quien reprodujo cada uno de ellos, cada

secuencia fue reproducida en tres ocasiones, el tiempo de duración de cada escena fue 30

segundos. En la tabla 2.6. se describe la secuencia de cada uno de los movimientos.

Tabla 2.6. Descripción de movimientos analizados para la validación.

Movimiento Descripción

Movimiento baño, solo brazo

izquierdo

• Adoptar la posición anatómica.

• Flexionar el tronco aproximadamente a 45° y flexionar

ligeramente el brazo izquierdo (30°).

• Flexionar el codo izquierdo aproximadamente 90° y

abducirlo.

• Mantener el brazo derecho en posición neutral.

Movimiento baño, solo brazo

derecho

• Adoptar la posición anatómica

• Flexionar el tronco aproximadamente a 45° y flexionar

ligeramente el brazo derecho (30°)

• Flexionar el codo derecho aproximadamente 100° y

abducirlo.

• Mantener el brazo izquierdo en posición neutral.

Movimiento completo con bebé • Tomar al bebé y adoptar la posición anatómica

• Flexionar el tronco aproximadamente a 45°.

• Partiendo de una posición neutral del hombro y el codo

completamente en extensión, efectuar una flexión de

30° de los brazos izquierdo y derecho seguido de una

abducción de codo manteniéndolo flexionado a 90° en

el lado izquierdo y 100° en el lado derecho.

• Durante todo el movimiento mantener una ligera flexión

y rotación del cuello dirigiendo la mirada hacia él bebe.

• La posición de las piernas debe ser neutral con apertura

a nivel de los hombros y evitando la flexión de rodillas.

Fuente: Propia.

El proceso de adquisición de datos para la fase de evaluación de riesgo ergonómico

consideró los resultados de la validación, específicamente el número de sensores, su

ubicación. Se utilizo el segundo arreglo propuesto con un sensor frontal y uno a 30° a la

derecha del participante. Todos los participantes simularon la tarea de lavado de cuerpo

durante el baño del neonato en tres ocasiones cada una con 50 segundos de duración.

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44

Siendo así tanto para la validación como para la evaluación de riesgo los pasos a seguir

son los siguientes:

1. Posicionarse en el espacio seleccionado para la grabación.

2. Adoptar posición anatómica

3. Verificar detección de marcadores en Kinescan

4. Iniciar grabación

5. Reproducir secuencia seleccionada

6. Volver a la posición anatómica

7. Finalizar la grabación

2.2.4. ADQUISICIÓN DE DATOS CON KINECT

Para acceder a la información que proporciona el sensor Kinect V2 a través de un

ordenador es necesario utilizar las herramientas de desarrollador Kinect for Windows

Software Development KIT (SDK), y el Kinect for Windows Runtime. La Versión empleada

en ambos casos fue la 2.0.1410.19000.

La adquisición y procesamiento de imágenes desde MATLAB requiere también la

instalación de componentes adicionales como el Image Acquisition Toolbox Support

Package for Kinect For Windows Sensor y el Kinect 2 Interface for Matlab (Kin2) en sus

versiones 18.2.0 y 3.2.2.0 respectivamente.

El toolbox Kin2 desarrollado por J.R. Terven, D.M. Córdova-Esparza. [61]. En su mayoría

fue desarrollado en C++ y enlazado con MATLAB desde la función mex. Esta herramienta

permite el desarrollo de aplicaciones de investigación en MATLAB a partir de la adquisición

de imágenes, mapeo de coordenadas, seguimiento corporal, procesamiento facial, y

reconstrucción 3D sin necesidad de profundizar en leguajes de programación como C# o

C++.

Los datos requeridos para su posterior procesamiento fueron adquiridos utilizando el

recurso bodydemo que forma parte del toolbox Kin2 disponible en [62] al cual se le

implementó un contador que permite almacenar la información de posicionamiento de las

articulaciones en cada fotograma dentro de una matriz de nombre “M” durante el periodo

de grabación. Dentro del mismo para realizar el seguimiento esquelético de cuerpos y

dibujarlo sobre ellos se usan las funciones mostradas en la tabla 2.7.

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45

Tabla 2.7. Principales funciones de Matlab empleadas para el seguimiento esquelético.

Función de Matlab Resultado

Kin2(’color’,’depth’,’body’) Permite crear un objeto con la

capacidad buscar datos a manera de

frames (Cuadros) en color y

profundidad con información de

seguimiento corporal.

k2.getBodies Obtiene la información de los cuerpos,

la cual incluye: posición, estado de

seguimiento, estado de las manos

(abierta o cerrada).

k2.mapCameraPoints2Depth(bodies(1).Position’)

k2.mapCameraPoints2Color(bodies(1).Position’)

Permite asignar el modo de

visualización de la posición de las

articulaciones detectadas en color o

profundidad. Muestra la matriz de

posiciones 3x25 de cada frame.

k2.drawBodies(d.ax,bodies,’depth’,5,3,15) Dibuja el esqueleto sobre los cuerpos,

en las imágenes de color y

profundidad, es posible controlar los

siguientes parámetros:

1. Ejes de la imagen.

2. Estructura de los cuerpos

3. Imagen de destino.

"profundidad" o "color".

4. Tamaño de las articulaciones.

5. Grosor de los huesos.

6. Tamaño de las manos.

Fuente: [43]

Figura 2.10. Imagen de Profundidad de seguimiento esquelético obtenida con Matlab. (Fuente: Propia)

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46

Las matrices obtenidas por los Kinect tienen una dimensión de 𝑛 × 25 donde 𝑛 representa

el número de cuadros adquiridos y la posición de las 25 juntas disponibles en cada uno de

los ejes (x, y, z) y se almacenan en un archivo de extensión *.mat. En el modelo definido

para el Kinect V2 permite las juntas están organizadas de la siguiente forma.

Tabla 2.8. Características de las imágenes del Kinect V2.

Nomenclatura de Juntas Detectadas por Kinect V2

Número de Junta Referencia Número de Junta Referencia

1 Coxis 14 Rodilla Izquierda

2 Espina Media 15 Tobillo Izquierdo

3 Cuello 16 Pie Izquierdo

4 Cabeza 17 Cadera Derecha

5 Hombro Izquierdo 18 Rodilla Derecha

6 Codo Izquierdo 19 Tobillo Derecho

7 Muñeca Izquierda 20 Pie Derecho

8 Mano Izquierda 21 Espina Dorsal

9 Hombro Derecho 22 Dedo Medio Izquierdo

10 Codo Derecho 23 Pulgar Izquierdo

11 Muñeca Derecha 24 Dedo Medio Derecho

12 Mano Derecha 25 Pulgar Derecho

13 Cadera Izquierda

Fuente: [63]

Figura 2.11. Juntas detectadas por el sensor Kinect a través de Kin 2 y sus identificaciones. (Fuente: [30])

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47

2.2.5. ADQUISICIÓN DE DATOS CON KINESCAN

El modelo establecido se implementó desde un estudio en el software de fotogrametría

Kinescan donde se define los segmentos, puntos y conexiones que forman parte de este.

En las figuras 2.12 y 2.13 se observa los segmentos correspondientes al modelo utilizado

para la adquisición de datos con fotogrametría.

Figura 2.12. Segmentos del modelo introducido. (Fuente: Propia)

Figura 2.13. Puntos del segmento piernas en el modelo introducido. (Fuente: Propia)

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48

Para mayor precisión en la estructuración del modelo y obtención de datos las juntas que

representan tobillos, rodillas, coxis, espalda media, espina dorsal y cabeza están

representadas por marcadores virtuales calculados, cuya ubicación es el punto medio entre

dos marcadores reales relativos a una articulación. En la tabla 2.10. se muestra los

marcadores virtuales calculados y a partir de que puntos se obtuvieron.

Tabla 2.9. Marcadores virtuales calculados.

Junta Segmento Marcadores utilizados para el cálculo

1 Coxis 17, 13 (Trocánter derecho e izquierdo)

2 Espalda media 2_T8 Octava vértebra torácica (T8)

21_IJ Incisura yugular

4 Cabeza 4A Trago derecho

4B Trago izquierdo

21 Espina dorsal 21_C7 Séptima vértebra cervical (C7)

21_IJ Incisura yugular

18 Rodilla Derecha 18A Cóndilo lateral derecho

18B Tuberosidad tibial derecha

14 Rodilla Izquierda 14A Cóndilo lateral izquierdo

14B Tuberosidad tibial izquierda

19 Tobillo Derecho 19A Maléolo lateral derecho

19B Maléolo medial derecho

15 Tobillo Izquierdo 15A Maléolo lateral izquierdo

15B Maléolo medial izquierdo

Fuente: Propia.

Luego del registro de cada una de las escenas donde se reprodujo el movimiento a evaluar

se obtienen las coordenadas espaciales a lo largo del tiempo de los marcadores del modelo

definido a través de la digitalización. Solo es necesario digitalizar manualmente el primer

instante de la reconstrucción. A partir del segundo instante Kinescan/IBV es capaz de

digitalizar automáticamente las trayectorias de los marcadores [49]. En la figura 2.14. se

puede observar la forma en la que se construye una escena con el son software Kinescan.

Una representación animada del modelo se encuentra también disponible en la figura 2.15.

donde se reproduce el movimiento analizado a partir de la información correspondiente a

la posición de los marcadores en el tiempo.

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49

Figura 2.14. Digitalización de la escena en Kinescan. (Fuente: Propia)

Figura 2.15. Animación de la Escena. (Fuente: Propia)

Utilizando la opción de exportación de coordenadas 3D se genera un archivo con la

extensión *.txt con los datos de Kinescan que representan una matriz de dimensión

𝑛 × 105, en este caso 𝑛 corresponde también a los cuadros adquiridos mientras que en

las columnas se encuentran agrupadas las coordenadas en 𝑥, 𝑧, 𝑦 de los 35 puntos

disponibles considerando marcadores reales y virtuales.

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50

2.3. CÁLCULO DE ÁNGULOS

2.3.1. ÁNGULOS REQUERIDOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS

Los ángulos que necesitan ser calculados son los correspondientes a los segmentos

descritos en la metodología de evaluación REBA así: tronco, cuello, piernas, brazos,

antebrazos y muñecas.

Las variables cinemáticas son las que permiten la descripción del movimiento

independientemente de las fuerzas que lo causan incluyendo así desplazamientos lineales

y angulares. Los datos de desplazamiento se toman a partir de cualquier punto de

referencia anatómico: centro de gravedad de segmentos corporales, centros de rotación

de articulaciones, extremos de segmentos de extremidades o prominencias anatómicas

específicas. El sistema de referencia espacial puede ser relativo o absoluto [16].

Conocidas las posiciones de las 25 juntas del cuerpo disponibles es posible determinar los

ángulos relativos a los segmentos anteriormente mencionados. Es decir, el ángulo de una

articulación formado por los ejes longitudinales de los segmentos corporales adyacentes a

si misma [51].

Para fines de conveniencia es pertinente establecer de manera consistente las direcciones

de los ejes del sistema de referencia global en concordancia con el de Kinect de la siguiente

forma: X representa la dirección medial/lateral, Y el eje vertical, y Z el eje antero/posterior.

Donde XZ es el plano transversal, a su vez ortogonal al plano sagital.

Las medidas del cambio de ángulo de flexión / extensión de tronco, cuello, piernas, brazos,

antebrazos, y muñecas se calcularon a partir de las coordenadas de referencia anatómica

utilizando el ángulo entre barras con respecto al sistema de coordenadas global

estableciendo ejes articulares referentes a cada segmento. A razón de la complejidad de

la postura analizada se generaron planos anatómicos para el cálculo del ángulo de flexión

de piernas a partir de la proyección de vectores sobre dichos planos.

En la tabla 2.10. Se muestran los ejes articulares y vectores establecidos para el cálculo

de ángulos en este estudio.

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51

Tabla 2.10. Condiciones establecidas para el cálculo de ángulos por segmento.

Segmento Eje articular Vectores

Tronco Coxis Vector coxis – espina dorsal con respecto al eje vertical Y

Cuello Cuello Vector cuello – cabeza

Vector cuello - espina dorsal

Pierna Rodilla Vector cadera – rodilla proyectado sobre los planos sagital y

frontal

Brazo Hombro Vector hombro – codo con respecto al eje vertical Y

Antebrazo Codo Vector codo – hombro

Vector codo - muñeca

Fuente: Propia.

2.3.2. CÁLCULO DE ÁNGULOS ENTRE BARRAS

El valor del ángulo entre barras está definido por la ecuación (1). Se trata básicamente del

ángulo que forman dos vectores, se necesita conocer las coordenadas en el espacio de

tres puntos 𝑝1, 𝑝2 y 𝑟. El punto de origen 𝑟 que comparten los vectores representa también

la articulación de la cual se obtendrá resultados.

𝜃𝑝1,𝑝2 = cos−1𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ∙ 𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗

‖𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ‖‖𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ‖ (1)

Donde:

𝜃𝑝1,𝑝2 = ángulo formado por los vectores 𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ y 𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗

𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ = 𝑟 − 𝑝1

𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = 𝑝2 − 𝑟

‖𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ‖ = módulo del vector 𝑝1𝑟⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗

‖𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ‖ = módulo del vector 𝑟𝑝2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗

2.3.3. PROYECCIÓN DE VECTORES SOBRE PLANOS

Para calcular un ángulo a partir de proyecciones es necesario definir los planos sobre los

cuales los vectores son proyectados. En el estudio del movimiento humano estos planos

se denominan anatómicos y se muestran en la figura 2.16. El plano sagital es vertical y se

dispone en la misma dirección del eje antero/posterior, el plano frontal es también vertical

pero dispuesto en la dirección del eje medial/lateral, finalmente el plano transverso es

horizontal y perpendicular a los otros dos.

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52

Figura 2.16. Planos Anatómicos. (Fuente: [20])

Para definir un plano en el espacio requiere las coordenadas (𝑥, 𝑦, 𝑧) de tres puntos 𝐴, 𝐵, 𝐶

considerando uno de ellos como el origen se forman dos vectores 𝐴𝐵⃗⃗⃗⃗ ⃗ y 𝐴𝐶⃗⃗⃗⃗ ⃗ cuyo producto

vectorial es la dirección normal del plano deseado. Si �⃗� = (𝑎, 𝑏, 𝑐) es un vector

perpendicular al plano y 𝑃𝑜(𝑥𝑜 , 𝑦𝑜 , 𝑧𝑜) un punto de este [30], [64]. Se lo puede expresar con

la ecuación (2) [64] así:

𝑎(𝑥 − 𝑥𝑜) + 𝑏(𝑦 − 𝑦𝑜) + 𝑐(𝑧 − 𝑧𝑜) = 0 (2)

Un vector 𝐴 pueden expresarse también como la suma de las componentes paralela y

perpendicular de sus proyecciones sobre un plano 𝐵 cuya orientación está definida por su

vector normal �⃗� [65].

𝐴 = 𝐴 ∥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ + 𝐴 ⊥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ (3)

Donde:

𝐴 = vector proyectado sobre el plano 𝐵.

𝐴 ∥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = componente paralela de la proyección de 𝐴 sobre 𝐵.

𝐴 ⊥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = componente perpendicular de la proyección de 𝐴 sobre 𝐵.

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53

Figura 2.17. Proyección de un vector sobre un plano. (Fuente: [65])

Las componentes 𝐴 ∥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ y 𝐴 ⊥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ se calculan utilizando las coordenadas el del vector a

proyectar 𝐴 y el vector �⃗� normal al plano 𝐵 así de acuerdo con [65]:

𝐴 ∥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = �⃗� × (𝐴 × �⃗� )/‖�⃗� ‖2 (4)

𝐴 ⊥ 𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = 𝐴 ⋅ �⃗� ∗ �⃗� ‖�⃗� ‖2 (5)

2.4. PROCESAMIENTO DE DATOS

El procesamiento de datos se cumple de forma sistemática en dos partes. Primero la

validación y luego el análisis de riesgo ergonómico con REBA. En ambos casos se

implementa algoritmos en Matlab que procesan de manera simultánea la información

obtenida con los sensores de profundidad y el sistema de fotogrametría. Las matrices

utilizadas deben cumplir con las características de dimensión, posicionamiento y sistema

de referencia coordenado del modelo establecido por Kinect sin tomar en cuenta los puntos

de los dedos medio y pulgar en las manos por los problemas de oclusión mencionados

anteriormente así: 𝑀 = (𝑀𝑖𝑗)𝑛×21. Donde 𝑛 es el número de cuadros adquiridos durante la

grabación. Los datos adquiridos en el sistema de fotogrametría Kinescan requieren un

tratamiento previo realizado también en Matlab, donde se modifica su apariencia al quitar

puntos no necesarios, ordenarla y cambiar la disposición de sus coordenadas

originalmente (x, z, y) en sentido horizontal al sistema coordenado de Kinect, es decir (x,

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y, z) en sentido vertical. Además de reestructurar esta información se almacena una nueva

matriz en formato *.mat con las características requeridas.

La dimensión de las matrices proporcionadas por Kinect oscila entre 550 × 21 y 950 × 21,

lo que quiere decir que la frecuencia real de grabación de los sensores de profundidad

varia en un rango de 8 a 10Hz, aproximadamente 3 veces menor a la de fotogrametría que

se mantiene constante. La diferencia de fotogramas adquiridos con Kinescan es

representativa, para reducir la variabilidad de los resultados se redujo la frecuencia de

muestreo en un factor entero de 3 aplicando downsampling. Para mitigar el ruido presente

en las señales, los artefactos causados por el movimiento y los errores de predicción de

puntos por oclusión. Se utilizan diferentes herramientas de filtrado para eliminar el ruido.

Si se trata de un sistema basado en sensores múltiples, entonces los datos recopilados de

diferentes sensores deben normalizarse y sincronizarse [21], [66]. Para el filtrado de

señales se utiliza técnicas de ajuste de curvas, Específicamente el filtro de Savitzky-Golay

(SG) que es un procedimiento de ajuste polinomial por partes de una función polinómica a

la señal original utilizando el método del error de mínimos cuadrados [67]. En cuanto a la

normalización se vuelve a escalar los datos adquiridos en series temporales en un rango

de valores de 0 a 100 que representan el inicio y fin de la actividad en porcentaje. Dentro

del procesamiento de información se utilizan las siguientes funciones de Matlab:

Tabla 2.11. Funciones de Matlab empleadas en el procesamiento de datos.

Funciones de Matlab Especificaciones

Downsample Reduce la frecuencia de muestreo en un valor entero manteniendo la

primera muestra y luego cada enésima muestra después de la primera.

Si se aplica sobre una matriz, la función trata cada columna como una

secuencia separada.

Normalize Escalos los datos utilizando el método de “Puntuación - Z” que centra la

información para que tenga una media de 0 y una desviación estándar

de 1. Se puede establecer un rango de escalado, por defecto es 0 a 1.

Sgolayfilt Suaviza una señal usando el filtro de suavizado polinomial de Savitzky-

Golay que ajusta un vector de datos con el diferente orden polinómico.

Un punto de datos central con un conjunto de puntos de datos en la parte

posterior y frontal crea un marco y luego el conjunto de datos se ajusta

teniendo en cuenta el orden polinómico.

Parfor Permite procesar la información utilizando arquitectura de procesamiento

en paralelo haciendo que trabajen todos los núcleos disponibles.

Fuentes: [67]–[71]

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55

2.4.1. PROCESAMIENTO DE DATOS PARA LA VALIDACIÓN

El algoritmo implementado en Matlab para validar el sensor permite el ingreso de las

matrices de datos de obtenidas en Kinect y Kinescan, realiza recortes de fotogramas no

validos (posición anatómica), reduce la frecuencia de muestreo y calcula los ángulos

requeridos para REBA en cada fotograma a partir de las posiciones en el espacio de los

puntos corporales introducidos, así como los parámetros estadísticos (media, desviación

estándar, varianza) esto para cada una de las secuencias reproducidas.

2.4.2. PROCESAMIENTO DE DATOS PARA ANÁLISIS DE RIESGO ERGONÓMICO

La segunda parte del procesamiento consiste en obtener los resultados de la evaluación

postural de acuerdo con los criterios de REBA. Los ángulos de los segmentos de interés

son calculados a partir de los datos proporcionados por los sensores de profundidad Kinect

en la posición frontal y lateral a 30° a la derecha. Para la obtención de los puntajes parciales

y totales de la evaluación se considera el promedio de las 3 mediciones realizadas con

cada sensor. Finalmente, el algoritmo de cálculo determina los resultados de riesgo para

el lado derecho e izquierdo del cuerpo.

2.4.3. PARÁMETROS ESTABLECIDOS PARA EL ANÁLISIS DE RIESGO

Para la evaluación de riesgo ergonómico se debe hacer consideraciones en cuanto a los

parámetros de ingreso manual establecidos para las zonas donde el sensor presenta

dificultades de adquisición de datos, es el caso de las muñecas. El método de evaluación

REBA realiza ajustes en la puntuación obtenida para cada segmento basados en

movimientos de torsión, rotación, inclinación que son factores agravantes de acuerdo con

los lineamientos de este método de análisis postural y han sido definidos también como

parámetros de ingreso manual mediante observación. El ángulo de las muñecas y los

factores de ajuste han sido estudiados también con ayuda de los registros en video con los

que se determinó la tarea más crítica dentro de la actividad de baño de neonatos. En la

tabla 2.12. se encuentran especificadas todas las condiciones de ingreso manual para cada

uno de los segmentos de estudio los cuales son verificados también con cada participante.

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56

Tabla 2.12. Parámetros de ingreso manual en la evaluación REBA.

Segmento Ajuste Puntaje

Tronco Tronco con inclinación lateral o rotación +1

Cuello Cabeza con inclinación lateral o rotación +1

Brazo Brazo abducido, brazo rotado u hombro elevado +1 X

Apoyo, o postura a favor de la gravedad -1

Muñeca Posición de la muñeca

Posición neutra 1

Flexión o extensión >0° y <15° 1 X

Flexión o extensión >15° 2

Ajuste

Torsión o desviación radial o cubital +1 X

Carga o Fuerza Carga o fuerza menor a 5 Kg 0 X

Carga o fuerza entre 5 y 10 Kg +1

Carga o fuerza mayor a 10 Kg +2

Ajuste

Existen fuerzas aplicadas bruscamente +1

Calidad de Agarre Bueno 0

Regular +1 X

Malo +2

Inaceptable +3

Postura Posturas estáticas (Sostenidas más de 1 minuto) +1 X

Movimientos repetitivos (Más 4 veces por minuto) +1

Cambios de postura importantes o postura inestable +1

Fuente: Propia.

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57

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. RESULTADOS VALIDACIÓN

Dentro del estudio se requiere comprobar la validez de la información que se obtiene por

medio de sensores de profundidad Kinect siendo de gran importancia para garantizar que

los resultados del análisis de riesgo ergonómico sean correctos. Para este fin se evalúa los

dos arreglos de sensores establecidos y tres secuencias de movimientos. Las dos primeras

corresponden al movimiento sólo del brazo izquierdo y del brazo derecho por separado

mientras se mantiene la postura de flexión de tronco implicada en el baño de neonatos esto

con el propósito de determinar la capacidad del sensor para determinar los ángulos de los

segmentos más críticos de la actividad a partir de la información de las posiciones de las

juntas en el tiempo y establecer que arreglo logra captar de mejor forma el movimiento.

Adicionalmente se estudia el desempeño del sensor al realizar secuencia de movimientos

completa utilizando el bebé. De esta forma se logra simular condiciones más reales. Para

todos los casos establecidos se realiza un proceso comparativo con la técnica de

fotogrametría utilizando la información obtenida con Kinescan como patrón de referencia.

Mediante el análisis de la media, desviación estándar, se puede definir una tendencia en

cuanto a los resultados obtenidos.

3.1.1. VALIDACIÓN DEL SENSOR PARA EL ANÁLISIS POSURAL EN SEGMENTOS

CRÍTICOS POR SEPARADO

En las tablas 3.1. y 3.2. se encuentra la información correspondiente al error sistemático

que permite establecer si el método de medida es el adecuado. y el error estándar de

medida (SEM) que está ligado a la variabilidad existente en los errores de medida. Tanto

para la secuencia del brazo izquierdo como del brazo derecho se puede evidenciar que los

mejores resultados se obtienen al utilizar el arreglo de sensores frontal – lateral. Los errores

sistemáticos representan la diferencia existente en grados entre el valor real y los

resultados medidos con los sensores Kinect. En un análisis más profundo se puede ver

que los errores varían de diferente forma segmento a segmento así los puntos que

presentan un mayor inconveniente por la falta de exactitud en sus medidas son el codo

izquierdo con un error de 16° con el sensor frontal, y el codo derecho con error de 35 y 51°

con los sensores en posición frontal y lateral respectivamente. Esto se debe principalmente

a la naturaleza de los movimientos analizados, la oclusión de puntos y la variabilidad de

las señales muestreadas. Lograr mitigar estos defectos es una de las razones para utilizar

múltiples sensores donde la localización de las juntas articulares se realiza desde

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58

diferentes puntos de vista seleccionando así los óptimos para el estudio. Para dicha

selección también entra en consideración el error SEM, que mientras más bajo valor tenga

mayor fiabilidad tienen los resultados. Es así como en la tabla 3.3. se muestran los

resultados de la evaluación del movimiento completo donde se resume los valores de la

media y desviación estándar de todas las pruebas realizadas para cada junta analizada,

Los segmentos que durante el análisis implican movimiento constante presentan alta

variabilidad, con una desviación estándar mayor a 5° correspondiente a los codos. En el

resto de las juntas la desviación estándar toma valores entre 0.17° y 4.02° que es un rango

aceptable. En las mediciones realizadas con el sensor en posición lateral la desviación

estándar es mucho menor a la que se obtiene con el sensor frontal como resultado de una

menor cantidad de ruido por la reducción de oclusiones.

Tabla 3.1. Error sistemático y SEM para la secuencia solo brazo izquierdo.

Secuencia Solo Brazo Izquierdo

Arreglo con 2 sensores laterales Arreglo sensor Frontal - Lateral

Segmento

Error Sistemático [°] SEM [°]

Error Sistemático [°] SEM [°]

30° Izq 30° Der 30° Izq 30° Der 90° 30° Der 90° 30° Der

Tronco 20.90 9.47 5.45 4.03 8.10 3.50 3.60 0.15

Cuello 2.76 2.39 1.79 1.47 5.25 7.03 1.74 0.80

Pierna Der 6.20 3.95 1.83 1.80 6.50 1.48 0.64 0.16

Pierna Izq 5.25 8.02 2.59 1.54 3.81 1.63 0.57 0.39

Codo Izq 27.40 13.40 12.70 8.70 16.00 5.95 5.42 1.25

Brazo Izq 32.60 7.16 8.13 5.95 8.62 2.53 1.27 0.55 Fuente: Propia.

Tabla 3.2. Error sistemático y SEM para la secuencia solo brazo derecho.

Secuencia Solo Brazo Derecho

Arreglo con 2 sensores laterales Arreglo sensor Frontal - Lateral

Segmento

Error Sistemático [°] SEM [°]

Error Sistemático [°] SEM [°]

30° Izq 30° Der 30° Izq 30° Der 90° 30° Der 90° 30° Der

Tronco 8.34 6.91 5.15 5.38 15.60 3.16 0.74 0.61

Cuello 8.74 22.30 2.27 8.09 4.31 3.40 0.93 0.69

Pierna Der 8.81 6.11 0.83 1.83 6.27 2.37 0.15 0.43

Pierna Izq 9.15 2.46 1.73 1.51 6.20 8.00 0.13 0.26

Codo Der 38.70 33.20 14.50 14.70 35.50 51.30 3.35 2.10

Brazo Der 6.10 20.20 3.82 4.34 5.88 14.80 0.70 1.45 Fuente: Propia.

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Tabla 3.3. Media, desviación estándar, error sistemático y SEM para la secuencia completa de

movimientos.

Secuencia Completa con Bebé

Arreglo sensor Frontal - Lateral Derecho

Segmento Media [°] Desviación Estándar [°] Error

Sistemático [°] SEM [°]

90° 30° Kinescan 90° 30° Kinescan 90° 30° 90° 30°

Tronco 49.53 56.47 50.95 5.69 0.45 1.75 5.19 4.38 4.25 0.41

Cuello 10.76 25.47 24.30 2.00 1.00 0.58 13.10 2.13 2.31 0.79

Pierna Der 9.15 4.55 4.48 3.12 0.29 0.06 4.79 0.84 2.71 0.29

Pierna Izq 9.13 4.46 5.76 2.16 0.27 0.18 3.38 1.15 1.79 0.26

Codo Izq 88.63 104.20 96.95 8.35 9.16 0.11 11.10 9.72 5.09 6.51

Codo Der 82.80 76.07 114.00 7.06 4.95 0.22 32.10 38.10 3.84 4.91

Brazo Izq 31.73 29.93 21.10 0.91 0.80 0.27 10.40 8.91 1.04 0.86

Brazo Der 34.77 30.60 25.05 1.88 0.97 0.56 9.15 6.13 1.78 0.91 Fuente: Propia.

3.1.2. ÁNGULO DE FLEXIÓN DEL TRONCO

Adicionalmente, para saber que sensor proporciona la mejor información de cada junta se

debe tener en cuenta que en el monitoreo de articulaciones características como las

tendencias observables en las señales son importantes porque los marcos de referencia

para la toma de decisiones están basados en ellas. Analizando junta por junta en la figura

3.1. se puede apreciar que durante la flexión de tronco con la cámara ubicada frontalmente

la desviación estándar es más alta lo que se ve reflejado en las oscilaciones del valor de

los ángulos. Esto se debe principalmente a que en esta posición del sensor el movimiento

de los brazos y la flexión del troco tienden a interferir con la detección de los puntos

utilizados para calcular este ángulo. Siendo así la mejor alternativa para evaluar este

segmento el sensor ubicado lateralmente en cuya gráfica se observa que antes de

estabilizarse la señal hay una variación en la pendiente, que representa el cambio de

posición del tronco de erguido a flexionado. De acuerdo con Choppin et al [72] esta

diferencia entre la curva de referencia de Kinescan y las de Kinect se debe a principalmente

a la variación de frecuencia de grabación y retrasos de tiempo en los algoritmos de

seguimiento del Kinect y su efecto es más marcado en segmentos con mayor movimiento

en este estudio particularmente los codos, brazos y tronco.

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Figura 3.1. (a) Ángulo flexión tronco sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión tronco sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento completado.

(Fuente: Propia)

3.1.3. ÁNGULO DE FLEXIÓN DEL CUELLO

En la figura 3.2. se muestran las gráficas del ángulo de flexión del cuello en función del

porcentaje de la acción completada con las cámaras ubicadas lateral y frontalmente, en

ambos casos existe oscilaciones en la señal durante todo el movimiento sin embargo los

resultados del sensor lateral presentan una menor desviación estándar y una tendencia

que se acerca más a la referencia lo cual está vinculado con que el plano en el que se

desarrolla el movimiento es el sagital o anteroposterior. Debido a esto se utiliza los datos

obtenidos por el sensor lateral que es el que posee un mejor punto de vista de dicho plano.

Figura 3.2. (a) Ángulo flexión cuello sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión del sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento completado.

(Fuente: Propia)

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3.1.4. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE PIERNAS

Los resultados de la flexión de pierna derecha e izquierda se presentan en las figuras 3.3.

y 3.4. respectivamente. Este movimiento también se desarrolla en el plano anteroposterior.

Además, debido a la flexión de tronco los puntos de la cadera y rodillas tienden a ocluirse

con la cámara frontal y ciertas fluctuaciones en la señal son introducidas por lo que se

utiliza el sensor ubicado en la posición lateral que es el que proporciona información con la

menor desviación estándar y una tendencia muy próxima a la curva de referencia de

Kinescan.

Figura 3.3. (a) Ángulo flexión pierna derecha sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión pierna derecha sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

Figura 3.4. (a) Ángulo flexión pierna izquierda sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión pierna izquierda sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

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62

3.1.5. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE CODOS

El ruido en las señales se muestra como un efecto predominante en la evaluación de juntas

que involucran secuencias de movimiento complejas como en el codo izquierdo (Figura

3.5.) o movimiento constante como en el codo derecho (Figura 3.6.). En ambos casos y

tanto con el sensor frontal, como con el lateral las oscilaciones en las curvas de Kinect

prevalecen durante toda la secuencia. Se trata de los segmentos que presentan más

elevada desviación estándar, es decir una mayor dispersión en sus resultados. El

comportamiento de las curvas que representan estos ángulos se capta de forma más

adecuada con el sensor frontal que tiene mejor campo de visión del plano transversal que

es donde se mueven estas juntas y una menor desviación estándar de sus resultados.

Particularmente en el codo derecho los datos experimentales se alejan considerablemente

de la referencia con un error sistemático de 32° relacionado nuevamente con el retraso de

tiempo en el procesamiento de la información por la reducción en la frecuencia de

muestreo. El cálculo del ángulo del antebrazo derecho asociado a la flexión de codo

requerida para la evaluación postural en este estudio debe considerar el factor de

variabilidad inter participante al momento de reproducir un movimiento. Específicamente

en la junta del codo derecho el espectro de resultados del desplazamiento angular durante

el lavado de cuerpo del neonato es amplio (80° a 120°). A pesar de que la capacidad del

sensor no es la suficiente para estimar con buena precisión este ángulo puede detectar el

cambio de movimiento en este segmento apropiadamente para llevar a cabo la valoración

con REBA cuya puntuación para el antebrazo requiere saber si la flexión corresponde a un

ángulo mayor o menor a 100°.

Figura 3.5. (a) Ángulo flexión codo izquierdo sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión codo izquierdo sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

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Figura 3.6. (a) Ángulo flexión codo derecho sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión codo derecho sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

3.1.6. ÁNGULO DE FLEXIÓN DE BRAZOS

Los resultados de flexión de los brazos izquierdo y derecho mostrado en las figuras 3.7. y

3.8. respectivamente presentan una tendencia similar en las posiciones lateral y frontal de

las cámaras. A pesar de esto el sensor que posee un mejor punto de vista del plano en que

se desarrolla el movimiento es también el que proporciona los mejores resultados. En este

segmento la acción se realiza en el plano anteroposterior por lo que se utiliza la información

del sensor lateral que a su vez posee una menor desviación estándar.

Figura 3.7. (a) Ángulo flexión brazo izquierdo sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión brazo izquierdo sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

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Figura 3.8. (a) Ángulo flexión brazo derecho sensor lateral [°] vs. Porcentaje de movimiento completado, (b) Ángulo flexión brazo derecho sensor frontal [°] vs. Porcentaje de movimiento

completado. (Fuente: Propia)

3.2. RESULTADOS EVALUACIÓN DE RIESGO ERGONÓMICO

En esta sección se muestran los resultados de la evaluación de riesgo ergonómico

utilizando la metodología REBA y los sensores Kinect de la secuencia de movimientos más

crítica correspondiente al lavado de cuerpo del bebé llevado cabo por enfermeras durante

el baño de neonatos. Así también las tendencias que se obtienen, la influencia de los datos

calculados a partir de la información de sensores de profundidad y los parámetros de

ingreso manual sobre los resultados.

En la tabla 3.4. se muestra el riesgo ergonómico en la escala de REBA de la evaluación

correspondiente al lado derecho e izquierdo del cuerpo de cada uno de los participantes

en el estudio. En la tabla se puede apreciar que 4 de los 5 casos tienen riesgo medio

(valores entre 4 y 7) mientras que solamente uno de los casos tiene riesgo alto (valores

entre 8 y 10). En 2 casos se obtuvo un mayor puntaje en el lado izquierdo, en 2 casos el

resultado es igual en ambos lados, y solamente en una ocasión el puntaje del lado derecho

supero al izquierdo. Esto se debe a que precisamente es el lado izquierdo el que soporta

la carga del bebé con el brazo durante el baño. Considerando el promedio de los resultados

de la evaluación ergonómica se puede decir que la actividad del baño de neonatos en su

tarea más crítica correspondiente al lavado de cuerpo del bebé presenta riesgo medio por

lo que es necesario tomar medidas correctivas para evitar la adopción de posturas forzosas

y la aparición de lesiones.

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Tabla 3.4. Resultados en la evaluación REBA por participante.

Resultados Riesgo Ergonómico

REBA Lado Izquierdo REBA Lado Derecho Nivel De Actuación

Sujeto 1 6 5 Es necesaria

Sujeto 2 5 6 Es necesaria

Sujeto 3 8 8 Es necesaria cuanto antes

Sujeto 4 6 5 Es necesaria

Sujeto 5 7 7 Es necesaria

Promedio 6.4 ~ 6 6.2 ~ 6 Es necesaria

Fuente: Propia.

3.2.1. INFLUECIA DE LOS ÁNGULOS CALCULADOS A PARTIR DE INFORMACIÓN

DE LOS SENSORES KINECT

Para un mayor entendimiento de la variación de resultados de riesgo se realizó un análisis

estadístico considerando la media y desviación estándar de los ángulos utilizados en el

estudio. En la tabla 3.5. se puede ver que los segmentos que presentan mayor dispersión

son los codos, la fluctuación presente en estos valores se debe al movimiento asociado a

esos segmentos durante la reproducción de la tarea. De manera general hay que

considerar que a pesar de existir un protocolo para ejecutar los movimientos las

condiciones físicas y biomecánicas de cada persona introducen un efecto de variabilidad

Inter participante. Sin embargo, esto solo se muestra relevante cuando existe valores

mayores a 20° en el segmento del cuello, y valores menores a 100° en los codos ya que

representan un incremento y reducción de un punto respectivamente en la puntuación

asignada a dichos segmentos. Por otro lado, estas variaciones en los resultados de riesgo

no influyen de manera significativa en su caracterización ya que en el 80% de los casos el

riesgo asociado a la actividad es medio y solamente en un caso que representa el 20%

restante se obtuvo un valor que implica riesgo elevado. En cuanto a los niveles de actuación

se puede apreciar que todos los participantes requieren intervención. Existe evidencia de

una fuerte relación entre la adopción de posturas forzadas y la aparición de trastornos

musculoesqueléticos, pero no se conoce con exactitud el mecanismo de acción. No existe

un modelo razonablemente comprensible que permita establecer criterios de diseño para

prevenir los trastornos que se producen [73]. Sin embargo, considerando que la actividad

de baño de neonatos implica manejo de cargas y flexión/extensión de segmentos en el

tronco superior la aplicación de estrategias específicas de acondicionamiento del lugar de

trabajo puede reducir la posibilidad de padecer lesiones o trastornos del tipo

musculoesquelético siempre y cuando se enfoque en reducir la adopción de posturas que

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sobrecarguen músculos, posturas que generen cargas asimétricas en articulaciones,

además de evitar que una o varias regiones anatómicas dejen de estar en una posición

natural de confort para pasar a posiciones forzosas generando hiperextensiones,

hiperflexiones y/o hiperrotaciones osteoarticulares que pueden desencadenar en lesiones

por sobrecarga [73].

Tabla 3.5. Promedio y desviación estándar de los ángulos utilizados en la evaluación REBA.

Ángulos REBA

Segmento Media [°] Desv

Estándar Sujeto 1 Sujeto 2 Sujeto 3 Sujeto 4 Sujeto 5

Tronco 62.1 64.3 60.9 63.6 59.5 1.95

Cuello 11.86 15.8 20.2 12.2 26.6 6.18

Pierna Der 3.74 3.63 7.35 2.4 3.96 1.85

Pierna Izq 1.36 15.2 4.9 4.64 7.5 5.22

Codo Izq 103 96.7 115 102 102 6.76

Codo Der 89.6 112 114 97.5 101 10.19

Brazo Izq 23.3 34.9 20.3 21 29.7 6.28

Brazo Der 39.7 33.4 26.1 34.7 31.4 4.95

Apoyo Pies 0.0207 0.01 0.0129 0.0469 0.00759 0.02

Fuente: propia.

3.2.2. INFLUENCIA DE LOS PARAMETROS DE INGRESO MANUAL Y AJUSTES

La presencia de parámetros de ingreso manual y ajustes que son obtenidos mediante

observación pueden provocar cambios importantes en la puntuación. A pesar de ello los

ajustes utilizados en REBA son bastante específicos y fáciles de identificar por lo que todos

estos parámetros fueron definidos para todo el estudio. Al mismo tiempo tomando en

consideración la variabilidad en la forma de ejecutar los movimientos de la tarea entre cada

participante es beneficioso verificar la forma en que se adaptan los parámetros definidos a

las condiciones de cada persona y se puede concluir que los ajustes considerados no

sufrieron cambios, en tal razón para el caso particular de estudio no alteraron los puntajes

de cada segmento. En el caso particular de las correcciones por el tipo de actividad

muscular se debe hacer énfasis en que estas condiciones pueden incrementar la

puntuación final de REBA hasta en un valor de 3. Al respecto, en este estudio la existencia

de posturas estáticas incrementa en 1 punto el resultado final de todos los participantes.

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3.3. DISCUSIÓN

Basados en los resultados obtenidos, especialmente en el cálculo de ángulos es posible

decir que los sensores Kinect presentan buenas características como para ser introducidos

como herramientas complementarias en la evaluación postural y análisis de movimiento

sin marcadores. A pesar de ello es muy sensible a las condiciones del entorno lo cual se

presenta como una fuerte limitación en cuanto a su uso como un instrumento de medida.

Sin embargo, es apropiado para evaluar y distinguir rangos de movimiento. Precisamente

las escalas de valoración de riesgo ergonómico cualitativas establecen sus diferentes

niveles de puntuación basándose en rangos de movilidad bastante flexibles, es decir que

implican un cambio de movimiento considerable así: en REBA para que el puntaje de un

segmento incremente en 1 punto debe haber una variación en el ángulo medido entre 20°

a 40° dependiendo del segmento.

Los resultados obtenidos son consistentes y comparables con sistemas de captura de

movimiento que utilizan marcadores. La baja frecuencia de grabación es una condición

limitante incluso para el sistema de fotogrametría cuyo valor nominal fue establecido en 30

Hz para disponer de condiciones de adquisición de datos análogas en ambos sistemas

Kinect y Kinescan. Además, se debe destacar que la frecuencia real de muestreo real de

los sensores de profundidad decrece drásticamente siendo aproximadamente 3 veces

menor ocasionando que los datos adquiridos sean mucho menores. A pesar de ello la

tendencia en cuanto a su valor permanece similar. La presencia de movimientos bruscos

o su rápida instauración introduce ruido a las señales en ambos casos y causa problemas

de digitalización en Kinescan. La presencia de errores en las mediciones se debe

principalmente a las características técnicas de los sensores de profundidad Kinect y al tipo

de movimientos que forman parte de la actividad analizada por lo que el uso de un arreglo

de múltiples cámaras y el estudio de su ubicación es una forma de lograr mejores

resultados en una evaluación de riesgo ergonómico ya que el movimiento del cuerpo se

desarrolla en varios planos.

Finalmente, la introducción de parámetros cualitativos en el análisis de riesgo ergonómico

permite realizar mejoras significativas en los resultados al reducir la variabilidad inter

observador mediante el uso de sensores de profundidad Kinect y el seguimiento

esquelético sin marcadores.

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4. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

4.1. CONCLUSIONES

La obtención de registros digitales en video de las tareas involucradas en el baño de

neonatos realizado por enfermeras es una herramienta de gran utilidad en estudios de

evaluación postural. A partir de ellos se determina las tareas que forman parte de una

actividad, y su duración. Además de la facilidad de procesamiento a través de software de

edición de video para la extracción de fotogramas proporciona información relevante para

caracterizar una actividad e implementar modelos que permitan analizar los riesgos

asociados a la misma especialmente cuando se busca introducir dispositivos tecnológicos

que mejoren la calidad de los resultados obtenidos a partir de métodos cualitativos

tradicionales de valoración ergonómica.

Al identificar las posiciones cuya ejecución implica adoptarla de manera repetitiva o

prolongada, y realizar esfuerzos importantes es posible establecer las secuencias de

movimiento más críticas de una actividad que están asociadas a los posibles escenarios

de análisis donde finalmente solo se considera evaluar la postura del peor caso.

La valoración ergonómica llevada a cabo utilizando de manera conjunta el método de

análisis postural REBA y sensores de profundidad Kinect permitió incluir parámetros

cuantitativos al calcular los ángulos de los segmentos de interés para la evaluación. Los

resultados de riesgo obtenido presentan una tendencia marcada tomando valores de 5 y

6, evidenciando así una reducción de la subjetividad de las escalas de valoración

cualitativa, y los errores originados por la variabilidad inter-observador.

Características específicas a nivel técnico de los sensores de profundidad como la baja

frecuencia de grabación disponible los hacen altamente sensibles a las condiciones del

entorno, introducción de cuerpos extraños, y ejecución de movimientos bruscos por lo que

a pesar de tener un gran potencial en el análisis de movimiento sin marcadores sus

resultados requieren ser validados en cuanto a precisión esto se logra mediante procesos

comparativos con otras tecnologías.

El proceso de validación se realizó con fotogrametría donde se logró estimar el error en las

mediciones angulares calculadas utilizando la información proporcionada por Kinect y

Kinescan. En efecto se puede concluir que la calidad de los datos proporcionados por el

sensor es la adecuada para llevar a cabo evaluaciones de tipo postural en combinación

con métodos cualitativos de análisis de riesgo donde los rangos del valor de los ángulos

establecido para la asignación de un puntaje deben variar entre 15 y 20° para incrementar

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su valor en 1 punto, esto considerando que el error sistemático obtenido es inferior a 5°

con excepción de los segmentos brazo derecho y antebrazo izquierdo que se ven afectados

por la introducción de artefactos por el movimiento y el uso de un muñeco para simular el

bebé. El uso de dos sensores en conjunto con el estudio de su ubicación en el área de

trabajo permite mitigar efectos de ruido, errores artefactos así también la posibilidad de

elegir los mejores datos de cada sensor.

La tarea del lavado del cuerpo de una bebé llevada a cabo por enfermeras como parte del

proceso de baño de neonatos se muestra como la más crítica presentando un riesgo

asociado intermedio correspondiente a las puntuaciones de 4 y 5 obtenidas con REBA, en

efecto es necesaria una intervención que incluya un análisis más detallado de las

condiciones físicas de quienes desempeñan esta actividad y las condiciones del puesto de

trabajo.

La puntuación de riesgo intermedio presente en la actividad de baño de neonatos está

relacionado a la existencia de factores de riesgo en cuanto a la carga postural y el ambiente

de trabajo así como la reducción de los mismos permite también mitigar la aparición de

TMEs.

4.2. TRABAJOS FUTUROS

Tomando en cuenta la fuerte evidencia de la capacidad de los sensores de profundidad de

proporcionar información de utilidad para aplicaciones de análisis de movimiento,

valoración funcional, análisis postural, etc. Este estudio se presenta como un marco de

referencia para posteriores estudios donde se le de mayor importancia los parámetros

cuantitativos que pueden ser obtenidos a partir de los sensores Kinect. Además,

considerando las limitaciones de las escalas de valoración cualitativa tradicionales, y que

el estudio del movimiento humano en la actualidad considera que cada cuerpo tiene una

biomecánica diferente es una buena alternativa el crear modelos que incluyan parámetros

cinemáticos y cinéticos permitiendo así que estos se adapten mejor a las características

propias de cada persona incrementando también la precisión con la que se puede predecir

posibles afecciones clínicas relacionadas a las actividades laborales y las condiciones en

las que se llevan a cabo.

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70

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